CC BY
80
Оценка накопления общего азота, фосфора и калия в различных частях растений овса при инокуляции почвенными микроорганизмами породного отвала
Н.А. Корниясова, вед. инженер, О.А. Неверова, д.б.н., профессор, Институт экологии человека СО РАН
Огромные карьеры с отвалами выработанной породы, высокие терриконы вблизи шахт являются неотъемлемой частью пейзажа районов действия горнодобывающей промышленности.
Техногенные элювии характеризуются низким содержанием биогенных элементов, вследствие чего самозарастание идёт крайне медленно. Одним из способов восстановления плодородия нарушенных земель является создание устойчивых биогеоценозов на отвалах угольных шахт и разрезов путём инокуляции поверхности породных отвалов почвенной микрофлорой [1].
Новизной наших исследований является выделение эколого-трофических групп почвенных микроорганизмов, способных расти на бедных питательными веществами субстратах и разлагать минералы, и их использование для ускорения почвообразовательных процессов на породных отвалах угольных разрезов.
Показателем увеличения содержания доступных форм К, Р и К в элювиях может служить процесс их накопления в растениях.
Цель данной работы — исследовать влияние внесения инокулята микроорганизмов, разлагающих силикаты, микроскопических грибов и микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, в различных комбинациях на процессы накопления подвижных форм калия, азота и фосфора в элювиях породного отвала угольного разреза «Кедровский» по содержанию данных элементов в различных органах овса.
Объекты и методы исследования. Модельный эксперимент заложен в 2008 г. на породном отвале «Южный» ОАО разреза «Кедровский» на элювиях, лишённых растительности. Возраст отвала 20 лет; в 2004 г. проведён комплекс работ по его планировке. Породы отвала представлены песчаником (60%), алевролитами (20%), аргиллитами (15%), суглинками и глинами (5%). Преобладающей фракцией являются крупные агрегаты (от 3 до 10 и более мм), содержание мелких частиц снижено. Исследуемые элювии характеризуются щелочной реакцией (рН 7,8). Анализ содержания тяжёлых металлов не показал превышения ПДК.
Исследования проводили в несколько этапов: 1) выделение эколого-трофических групп почвенных микроорганизмов на агаризованных
средах; 2) приготовление инокулята (наращивание биомассы микроорганизмов в жидких питательных средах); 3) внесение инокулята на пробные площадки (ПП) площадью 1 м2; 4) определение количества калия, азота и фосфора в растениях овса.
Эколого-трофические группы микроорганизмов выделяли на агаризованных средах: микроскопические грибы — на 3°Б сусло-агаре; микроорганизмы, использующие минеральный азот (в т.ч. актиномицетов), — на крахмало-аммиачном агаре [2]; микроорганизмы, разлагающие силикаты, — на агаризованной среде Александрова — Зака [3]. Инокулят микроорганизмов получали наращиванием в соответствующих жидких питательных средах путём пересева во всевозрастающие объёмы среды. Комбинации микроорганизмов составляли смешением равных объёмов их инокулятов с учётом того, что общий объём для внесения на пробные площадки соответствовал 7 л.
Инокуляцию пробных площадок породного отвала проводили в 2008—2010 гг. дважды за вегетацию — 20 июня и 20 июля согласно схеме: ПП 1 — контроль (полив водой); ПП 2 — внесение микроскопических грибов; ПП 3 — внесение микроорганизмов, разлагающих силикаты; ПП 4 — внесение микроорганизмов, использующих минеральные формы азота; ПП 5 — внесение грибов + микроорганизмы, разлагающие силикаты; ПП 6 — внесение грибов + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; ПП 7 — внесение микроорганизмов, разлагающих силикаты + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; ПП 8 — внесение микроорганизмов, разлагающих силикаты + грибы + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота.
Пробные площадки на породных отвалах заложены в трёхкратной повторности и пространственно отдалены друг от друга для исключения влияния неоднородности элювиального субстрата и рельефа местности.
В качестве модельного растения использовали овёс сорта Ровесник. Овёс высевали в конце мая в 2009—2010 гг. на все пробные площадки из расчёта 45 г (867,79+5,19 семян) на 1 м2.
Содержание общего азота, фосфора и калия в растительном материале (корнях, стеблях, листьях и зерне) определяли после уборки урожая по стандартным методикам [4].
Результаты и их обсуждение. Полученные данные свидетельствуют, что в среднем за 2 года во всех вариантах опыта как в надземных, так и в подземных органах овса превалирует содержание азота (2,1—6,3% массы сухого вещества), в меньшем количестве содержится фосфора и калия — 0,27—3,30 и 0,46—2,0% сухой массы соответственно.
Азота в большем количестве содержат зерно и корни овса (4,0—6,3 и 3,3—5,5% сухого вещества соответственно), калия — зелёные стебли (1,4—2,0% массы сухого вещества) и листья овса (1,29—2,00% массы сухого вещества), фосфора — зерно (0,57—3,3% сухого вещества) (рис. 1).
Сравнительная характеристика по вариантам показала, что внесение смесей почвенных микроорганизмов вызывает изменение в содержании и распределении азота, фосфора и калия в различных частях растений овса в сравнении с
контролем. В частности, установлено, что при внесении отдельно микроорганизмов, разлагающих силикаты, и микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, в среднем за 2 года наблюдается существенное накопление общего азота в листьях (выше контроля на 92 и 45%) и зерне (превосходит контроль на 45 и 55% соответственно), а содержание калия превосходит контроль во всех частях растений на 10-40% (рис. 2).
Внесение смеси данных микроорганизмов, а также их комплекса с микроскопическими грибами приводит к повышению азота во всех частях растения овса — в корнях (136 и 122%), стеблях (160 и 148%), листьях (145 и 236%) и зерне (147 и 120%).
Содержание фосфора существенно повышается в зерне овса в вариантах с внесением микроскопических грибов (236%), микроорга-
о.
I
о
250
200
150
100
50
корни
« стебли
* листья
варианты опыта
■' зерно
Рис. 1 - Содержание общего азота в различных частях растения овса, средние данные за 2009-2010 гг.:
контроль взят за 100% (содержание общего азота в стеблях - 2,36, в листьях - 2,07, в корнях - 4,04 и в зерне - 4,06%); 2 - грибы; 3 - микроорганизмы, разлагающие силикаты; 4 - микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; 5 - грибы + микроорганизмы, разлагающие силикаты; 6 - грибы + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; 7 - микроорганизмы, разлагающие силикаты + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота; 8 - микроорганизмы, разлагающие силикаты + грибы + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота
0
I-
о
а
I
и
корни
я стебли
варианты опыта
зерно
Рис. 2 - Содержание калия в различных частях растения овса, средние данные за 2009-2010 гг.:
контроль - 100%; в контроле содержание калия в корнях - 0,9; стеблях - 1,4; листьях - 1,42; зерне - 0,5%
корни
* Истебли
варианты опыта
□ зерно
Рис. 3 - Содержание общего фосфора в различных частях растения овса, средние данные за 2009-2010 гг.:
контроль - 100%; в контроле содержание фосфора в корнях - 1,0, стеблях - 0,57, листьях - 0,73, зерне - 0,89%
низмов, разлагающих силикаты (213%), микроорганизмов, использующих минеральные формы азота (128%).
Композиция — микроскопические грибы + микроорганизмы, разлагающие силикаты + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота — стимулирует накопление фосфора в стеблях (207%), листьях (170%) и особенно в зерне (370%) (контроль взят за 100%) (рис. 3).
Динамика содержания азота, фосфора и калия в различных частях растения овса по годам показала незначительные их различия и сходную тенденцию.
Выводы.
1. Внесение инокулята почвенных микроорганизмов в породные отвалы стимулирует накопление подвижных форм азота, фосфора и калия в техногенных элювиях, о чем свидетельствует повышение содержания данных элементов в различных органах овса.
2. В большинстве случаев более значительный эффект получен при внесении отдельных групп микроорганизмов, разлагающих силикаты, и микроорганизмов, использующих минеральные формы азота, а также полного комплекса микроорганизмов — микроскопические грибы + микроорганизмы, разлагающие силикаты + микроорганизмы, использующие минеральные формы азота. При этом азота овёс в большей степени накапливает в листьях и зерне, калия — во всех частях растений, фосфора — преимущественно в зерне. Литература
1. Красавин А.П., Катаева И.В., Хорошавин А.Н. и др. К вопросу формирования устойчивых микробных ценозов на отвалах угольных предприятий при биологической рекультивации // Растения и промышленная среда: сб. науч. трудов. Свердловск: УрГУ, 1984. С. 52-58.
2. Егоров Н.С. Практикум по микробиологии. М.: МГУ, 1976. 306 с.
3. Красавин А.П., Катаева И.В. Восстановление нарушенных горными работами земель с использованием бактериальных инокулятов // Экологическая технология. 1998. № 1-2. С. 119-123.
4. Плешков Б.П. Практикум по биохимии растений. Изд. 2-е доп. и перераб. М.: Колос, 1976. С. 10-13.
