CC BY
10ОТВЕТ ПОЧВЕННЫХ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ НА ВНЕСЕНИЕ ГУМИНОВЫХ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ 1Мячина О.В., 2Мамасалиева Л.Э., 3Ким Р.Н.
1,2,зИнститут общей и неорганической химии АН РУз, Ташкент https://doi.org/10.5281/zenodo.8365533
Аннотация. Применение гуминовых удобрений за счет внесения ценного источника углерода изменяет питательный режим и преобразует микробные комплексы почвы. Установлено, что гуминсодержащие медленнодействующие удобрения снижают интенсивность почвенных минерализационных процессов (за счет уменьшения численности олиготрофов, бацилл, амилолитических и олигонитрофильных микроорганизмов), опосредованно повышая коэффициент использования питательных элементов и предотвращая загрязнение окружающей среды биогенными элементами.
Ключевые слова: гуминовые удобрения, медленнодействующие свойства, почва, микроорганизмы, сообщества, хлопчатник.
Kalit so'zlar: gumusli o'g'itlar, sekin qiluvchi xususiyatlar, tuproq, mikroorganizmlar, jamoalar, g'uza.
Key words: humic fertilizers, slow-release properties, microorganisms, community, cotton
Весьма ценными для восстановления плодородия почв, оптимизации биологической активности и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур являются гуминовые удобрения на основе окисленных бурых углей. Удобрения на основе углей различной степени переработки широко применяются в качестве комплексных органоминеральных удобрений и почвоулучшающих средств. В процессе многоступенчатой активации различных углей извлекаются гуминовые кислоты и другие ценные соединения, которые могут использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с минеральными и органическими веществами. Гуматизированные удобрения, благодаря физико-химическим и биологическим свойствам, представляют особый интерес для применения на низкогумусных, в том числе деградированных почвах, особенно в поливном земледелии [1-2] .
За счет введения гуминовых соединений в состав минеральных удобрений и повышения прочности гранул достигаются пролонгированные свойства, снижается скорость их растворения и высвобождения питательных элементов, что дает выраженный позитивный эффект при использовании условиях поливного земледелия [3-4].
Положительный эффект гуминовых удобрений обеспечивается комплексом факторов: 1. прямым стимулирующем действием гуминовых кислот и других органических соединений на растения и корневую систему; 2. более медленным и равномерным поступлением в почву элементов питания (С, N и Р) за счет повышенной прочности гранул удобрений; последнее обусловливает 3. умеренную численность микроорганизмов основных эколого-трофических групп, участвующих в трансформации азота и фосфора.
В связи с этим, целью описанного исследования явилось определение динамики микробных сообществ в орошаемом типичном сероземе под воздействием гуминовых ораганоминеральных удобрений на основе продуктов глубокой переработки Ангренских бурых углей.
1608
Состав и свойства исследуемых удобрений приводятся в табл.1. Технология получения удобрений описана в [5-6].
Таблица 1. Состав исследуемых удобрений ГУ и исходных компонентов
Вид удобрений ШО, P2O5 Р2О5 Р2О5 по N общ, Орг. в- Гумин Прочн
% общ , % цитр, % Трилону Б,% % ва % овых кисло гранул , mPa
Простой 2.25 11.73 10.66 8.64 - - - 2.50
суперфосфат
Карбамид 0.17 - - - 46.15 - - 1.35
Гуминовый 1.94 10.35 7.83 6.82 2.38 12.08 5.44 2.41
суперфосфат (ГСФ)
Гуминовый карбамид (ГК) 0.16 - - - 43.75 4.74 2.14 3.52
Контролем К-1 является вариант с внесением наиболее часто применяемых в сельскохозяйственной практике аммофоса с аммиачной селитрой и хлоридом калия; контролем К-2 - вариант с внесением простого суперфосфата с карбамидом и хлоридом калия.
В вегетационных условиях при возделывании хлопчатника (Оо55ур1ит Ыг$Ыит), сорта «Акдарья-6» изучен уровень отзывчивости почвенных микробных сообществ на воздействие гуминсодержащих фосфорных и азотных удобрений.
Почвенные процессы в значительной степени зависят от количества и активности микроорганизмов, обитающих в почве и соотношения различных эколого-трофических групп. В частности, известно, что вид удобрения и наличие в нем органической составляющей непосредственно влияет на количество микроорганизмов различных таксономических и эколого-трофических групп, их метаболическую активность, в частности, на респирационную и ферментативную продуктивность микробного сообщества.
В наших исследованиях была изучена структура микробных сообществ по критерию принадлежности к различным эколого-трофическим группам: фосфатмобилизаторов, олиготрофов, аммонификаторов, микроорганизмов, ассимилирующих минеральный азот, олигонитрофилов, а также численности и доли активных гидролитиков.
Олиготрофная группа микроорганизмов способна довольствоваться субстратами, бедными питательными веществами и, как правило, при нормальном питательном режиме не доминируют, однако в почвах с недостатком питательных веществ именно эта группа выживает за счет глубокой минерализации органического вещества, недоступного другим микроорганизмам (Рис.). Выявлено, что в ранневесенние сроки, до посева хлопчатника и внесения удобрений, содержание олиготрофов было высоким 9,13 млн КОЕ в г почвы, причем внесение удобрений снизило во всех число олиготрофов в 1,3-1,6 раз, лишь при использовании ГК, наблюдается незначительный рост микроорганизмов (10 млн КОЕ). При сравнении численности олиготрофов по вариантам в этой фазе можно отметить, что наименьший рост числа олиготрофов был отмечен в вариантах с ГСФ и контроль-2, что в 1,6-1,5 раза меньше, чем в варианте с применением контроля-1. В течение вегетации отмечено, что самые высокие показатели олиготрофов наблюдались в контроле К-1 (8,5 млн КОЕ), тогда как в вариантах с применением гуминовых удобрений численность олиготрофов была в 3,5 раза ниже, вероятно, за счет поступления большего количества
1609
питательных элементов. Осенью, в фазе созревания хлопчатника, самая низкая численность олиготрофов была отмечена в варианте с ГСФ (1,1 млн КОЕ) (самый низкий показатель за весь период вегетации хлопчатника - 8,3 раза ниже уровня исходной почвы), численность олиготрофов в варианте с ГК также снизилась в 1,4 раза. что указывает на достаточное количество органических соединений и на снижение минерализации гумусовых веществ в почве.
■ бациллы
□ олигонитрофилы
□ амилолитич
□ аммонификаторы
□ олиготрофы
100
90
80
вы ч 70
по 60
г
^н
в 50
W
о 40
К
н 30
л м 20
10
0
Ж
до посева
K 1
K2 ГСФ 2-4 листа
ГК
J
гг
и
гг
K 1
K2 ГСФ ГК
А
А
K 1
K2 ГСФ созревание
ГК
цветение
фазы развития хлопчатника
Рисунок. Ответ почвенных микробных сообществ на воздействие гуминовых удобрений.
Цикл превращений азотсодержащих соединений в почве неразрывно связан с развитием и биохимической деятельностью аммонифицирующих микроорганизмов. Обнаружено, что на численность аммонифицирующих микроорганизмов большое влияние оказывают внесение минеральных и особенно органических удобрений. Исследование количества аммонификаторов в зависимости от внесения испытуемых удобрений показало весной до посева хлопчатника уровень около 10,0 млн. КОЕ в г почвы, тогда как внесение гуминовых азотных и фосфорных удобрений (ГК и ГСФ) привело к достоверному увеличению численности аммонификаторов в фазе 2-4 листьев и дальнейшему значительному уменьшению по мере использования питательных веществ, внесенных с удобрениями (с ГК в 8,8 раз, с карбамидом в 2,7 раза), при недостоверном увеличении аммонификаторов в варианте с ГСФ (на 5-10%). В фазе созревания хлопчатника численность аммонификаторов снизилась как в контрольных вариантах, так и в вариантах с применением гуминовых удобрений в 4,4-10,8 раза, свидетельствуя об исчерпании органического азота в почве.
Относительно невысокий показатель численности аммонификаторов в вариантах с ГСФ и ГК в среднем за всю вегетацию хлопчатника говорит о том, что в почве было достаточное количество доступного для растений азотсодержащего неорганического вещества. При этом органическое вещество почвы не подвергается значительной трансформации, что положительно сказывается на азотном режиме почвы.
Кроме того, при использовании коэффициента трофности (в разных источниках «педотрофности Никитина»), характеризующего направленность трансформации азота или углерода в почвах, и определяемые по соотношению олиготрофов и аммонификаторов. также судят о направленности почвенных процессов в сторону минерализации или
1610
иммобилизации гумусовых углеродсодержащих и органических азотсодержащих веществ. Анализ средних данных индекса трофности за вегетацию хлопчатника показал невысокий его уровень (в пределах 0,1-8,1), причем самое низкое его значение было отмечено в варианте с внесением ГСФ (4,4-7,6 раза ниже, чем в вариантах с внесением традиционных удобрений в К-1 и К-2). Можно полагать, что именно благодаря внесению гуминовых соединений интенсивность разложения углеродсодержащих (гумусовых) веществ намного ниже, чем азотсодержащих, и растения хлопчатника в большей степени усваивают питательные соединения вносимых удобрений.
Изучение численности бацилл в исследуемой почве показало, что в целом невысокое их содержание (0,17-0,74 млн. КОЕ в г почвы), причем с незначительной разницей в зависимости от внесенных удобрений.
Амилолитические микроорганизмы (усваивающие минеральный азот) принимают непосредственное участие в трансформации азота почвы и удобрений. Доказано, что существует линейная зависимость между суммой подвижного азота и количеством аммонификаторов и амилолитиков. Численность микроорганизмов, растущих на минеральном азоте, в зависимости от фазы развития хлопчатника варьирует в широких пределах - от 1.2 до 19.8 млн. КОЕв 1 г почвы, при этом невысокое содержание амилолитиков в почве с гуминовыми удобрениями свидетельствует о достаточном фоновом уровне содержания минерального азота. В фазе цветения под действием удобрений происходит повышение числа амилолитиков (кроме варианта с ГК). Внесение карбамида и простого суперфосфата привело к увеличению этих микроорганизмов в 1.7 и 1.1 раза соответственно, тогда как ГК снизило их число в более чем 1.5 раза. Резкий скачок численности амилолитических микроорганизмов отмечен также в варианте с внесением ГСФ (до 10.2 млн КОЕ). Анализ численности амилолитических микроорганизмов в фазе цветения также показал самую высокую их величину в варианте с внесением контроля -1 (в 1.4 раз выше, чем в варианте с ГК).
Та же закономерность наблюдалась и в фазе созревания: в вариантах с внесением гуминовых удобрений характерно низкое содержание микроорганизмов, ассимилирующих минеральный азот - в 6,2 раза меньше, чем в вариантах с традиционными удобрениями).
Олигонитрофильные микроорганизмы (у некоторых авторов - олигоазофолы) минерализуют безазотистое органическое вещество почвы. Способность олигонитрофилов развиваться при минимальном количестве азота в почве и использовать азот атмосферы обеспечивает возможность развития в условиях, неблагоприятных для других микроорганизмов, Кроме того, известно, что олигонитрофилы, выделяя слизистые вещества, склеивают мелкие почвенные частицы, тем самым участвуя в оструктуривании почвы.
Олигонитрофильные микроорганизмы в исследуемом типичном сероземе были достаточно многочисленны (рис. 1). в исходной почве - около 21,3 млн КОЕ в 1 г почвы, Внесение гуминового удобрения (ГСФ) привело к снижению числа олигонитрофилов в 3,4 раза. В фазе 2-4 листьев хлопчатника численность олигонитрофильных микроорганизмов в варианте с ГК была на уровне вариантов с традиционными удобрениями. При сравнении испытуемого варианта ГСФ с традиционными удобрениями (карбамидом и суперфосфатом) отмечено снижение численности олигонитрофилов до 2,5 раза. В фазе цветения пик численности олигонитрофилов наблюдается в варианте с К-1 (21,3 млн КОЕ),
1611
что близко по значению исходным данным. В вариантах же с К-2 и гуминовыми удобрениями численность олигонитрофильных микроорганизмов значительно снижается (в 2,96-4,01 раза по сравнению с вариантом, где вносили карбамид).
В фазе созревания наблюдается рост численности олигонитрофилов в вариантах с применением гуминовых удобрений и К-2 в 2,3-3,2 раза и связано это, вероятно, со снижением содержания азота из-за активного потребления азота на формирование урожая.
Таким образом, результаты изучения влияния новых гуминовых удобрений показали, что направленность микробиологических процессов в этих вариантах несколько отличается от таковой при внесении традиционных удобрений - К-1 - аммиачной селитры и аммофоса, а также К-2 - карбамида и простого суперфосфата.
При внесении гуминсодержащих удобрений (особенно ГСФ), снижается интенсивность минерализационных процессов в почве за счет уменьшения численности олиготрофов (в 2,7 раза), процентного содержания бацилл от аммонификаторов (в 3,2 раза), бактерий, растущих на минеральном азоте (в 2,6 раза) и олигонитрофилов (в 1,3 раза). Это явление рассматривается, как положительное, поскольку снижение скорости трансформации питательных элементов предотвращает их нерациональные потери, увеличивая КПД удобрений и снижает нежелательную химическую нагрузку
Судя по структуре микробного сообщества, коэффициент использования ГСФ значительно выше, чем традиционного аммофоса и суперфосфата. Это предположение подтверждается снижением индекса олиготрофности в 4,4-7,6 раза (по сравнению с почвой, где внесен суперфосфат). Подобная структура микробиома обеспечивает доминирование процессов иммобилизации макроэлементов, более полное усвоение растениями легкодоступных азот- и фосфорсодержащих соединений, а также за счет отсутствия потерь макроэлементов предотвращает загрязнение окружающей среды.
Следует особо указать, что в трехлетнем вегетационном опыте доказан выраженный положительный эффект гуминовых фосфорных и азотных удобрений на рост, развитие растений, а также более раннее наступление фенологических фаз. Эффект отмечается как на ранних стадиях онтогенеза - при прорастании, в фазе 2-4 настоящих листа, так и в последующие фазы - бутонизации и цветения. Позитивное воздействие фосфорных и азотных удобрений на растения хлопчатника позволило получить дополнительный урожай хлопка-сырца: 21,8-8,4% при применении гуминового суперфосфата и 16,3-3,5% при применении гуминового карбамида.
REFERENCES
1. Roba, T.B. The Effect of Mixing Organic and Inorganic Fertilizer on Productivity and Soil Fertility // Open Access Library Journal, 2018. рр. 41-42. doi:10.4236/oalib.1104618.
2. EmanA.A., Abd El-Monem, M.M.S. Saleh, E.A.M. Mostafa. Minimizing the quantity of mineral nitrogen fertilizers on grapevine by using humic acid, organic and biofertilizers // Research Journal of Agriculture and Biological Sciences, 2008, 4(1): рр. 46-50.
3. Титова И.Н. Гуматы и почва. - Москва: ИЛКО, 2006. - С.9-10
4. Акбасова А.Ж., Сахы М., Уйсимбаева, Ж.Т. Влияние гуминовых веществ на физико-химические и биологические свойства почвы // Научное пространство Европы-10: сб. тр. науч.-практ. конф. - Алматы.-2010. - С. 61
1612
5. Усанбаев Н.Х., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Исследование процессов ступенчатого окисления бурого угля Ангренского месторождения азотной кислотой и получения жидких и твердых органоминеральных удоб-рений // Химическая промышленность (Санкт-Петербург). - 2014. Т.91. № 4. - С. 180-185
1613
