CC BY
42УДК 579.65
Почва
и почвенные микроорганизмы в биосфере ЭкоКосмоДома
ЮНИЦКИЙ А.Э., СОЛОВЬЁВА Е.А., ЗЫЛЬ Н.С. (г. Минск)
Приведена информация о многообразии почвенных микроорганизмов и их роли в почвообразовании и плодородии. Из природных источников (почва, бурый уголь, биогумус) авторами выделены 18 ассоциаций агрономически ценных микроорганизмов (более тысячи видов) следующих эколого-трофических групп: аммонифицирующей, олиготрофной, азотфиксирующей, целлюлозолитической, фосфатсолюбилизирующей и др. На основе выделенных микробных культур и измельчённого электрогидравлическим способом бурого угля создана плодородная почва и оптимизирован её состав, обеспечивающий растения всем необходимым питанием.
Ключевые слова:
почва, почвенные микроорганизмы, бурый уголь, гуминовые вещества.
п
Iочва представляет собой ключевой компонент биосферы Земли, поскольку совместно с почвенными микроорганизмами формирует многие важные процессы, происходящие в ней, и в первую очередь круговорот биогенных элементов.
Почва является одной из наиболее благоприятных и постоянных сред обитания микроорганизмов. Количество их в 1 г почвы исчисляется миллионами и миллиардами клеток. Особенно высока их численность вблизи корневой системы растений (в ризосфере). Почву можно рассматривать как банк, в котором хранятся самые разнообразные виды микроорганизмов, или как генофонд микромира [1]. Мир почвенных микроорганизмов очень многообразен. Он включает бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли и простейшие, выполняющие важные экологические функции за счёт последовательной смены одного микробного сообщества другим.
Известный белорусский учёный О.И. Колешко, изучающая экологию почвенных микроорганизмов, достаточно полно охарактеризовала их значимость для экосистемы [2]. Микроорганизмы участвуют в минерализации растительных и животных остатков, осуществляют круговорот веществ и энергии, пополняют азотный запас почвы за счёт биологической азотфиксации, солюбилизируют фосфор из органических и труднорастворимых неорганических соединений, обогащают почву биологически активными соединениями (ферменты, аминокислоты, ауксины, витамины и др.) и антибиотическими веществами, угнетающими развитие фитопатогенов. Грибы, актиномицеты, капсульные бактерии, дождевые черви участвуют в образовании прочной комковатой структуры, улучшающей водно-воздушный режим почвы. Таким образом, очевидна огромная роль почвенных микроорганизмов в почвообразовании, поддержании плодородия, оптимизации питания растений, а также в геохимических процессах в биосфере.
На сегодняшний день острой проблемой является антропогенное воздействие на почву. Интенсивные агротехнические мероприятия, в том числе чрезмерное внесение в почву химических удобрений и пестицидов, нарушают почвенное плодородие, изменяя состав почвенной микрофлоры и её активность, что приводит к деградации пахотных земель. Использование в практике сельского хозяйства агробиотехнологий, включающих применение активных штаммов микроорганизмов, которые обладают спектром полезных свойств, является альтернативным приёмом повышения плодородия почв, урожайности сельскохозяйственных культур и получения экологически безопасной продукции.
В связи с этим целью нашего исследования явилось создание оптимальной структуры микробного ценоза почв в условиях ЭкоКосмоДома (ЭКД) [3], включающего всё необходимое разнообразие и количество микроорганизмов, аналогичное составу плодородной почвы, которая состоит из природного гумуса и различных видов почвенных микроорганизмов, принимающих участие во всех звеньях круговорота веществ.
Сборник материалов II международной научно-технической конференции «БЕЗРАКЕТНАЯ ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ КОСМОСА: ПРОБЛЕМЫ, ИДЕИ, ПРОЕКТЫ»
Выделение агрономически ценных почвенных микроорганизмов было осуществлено в лаборатории агротехнических исследований ЗАО «Струнные технологии» из образцов почв, невовлечённых в агропромышленное производство, отобранных в различных областях Беларуси, России и Украины, а также из биогумуса, выдержанного шесть месяцев, песка из ОАЭ и образцов бурого угля из Бринев-ского месторождения (Беларусь). Отбор проб почвы проводился методом конверта (средняя проба из пяти точек) в стерильные полиэтиленовые пакеты. Выявление основных эколого-трофических групп осуществлялось методом посева на агаризованные среды: для амилолитических бактерий и актиномицетов - на крахмал-аммиачную среду;
для олиготрофных - среду Эшби; для целлюлозоразруша-ющих - среду Имшенецкого; для аммонифицирующих -мясо-пептонный агар; для фосфатсолюбилизирующих бактерий - среду Муромцева [4]. Выделение бактерий-деструкторов бурого угля осуществлялось на среде, где в качестве единственного источника углерода и азота использовался измельчённый бурый уголь в концентрации 0,01 % в пересчёте на сухое вещество [5]. Об использовании бурого угля микроорганизмами судили по снижению интенсивности окраски среды при добавлении глюкозы и при отсутствии углеводов, а также изменению количества колониеобразующих единиц (КОЕ). Исследование сохранения жизнеспособности выделенных ассоциаций микроорганизмов, внесённых в почво-грунт на основе измельчённого бурого угля, проводили
методом посева на агаризованные питательные среды в течение трёх месяцев.
Проверку фитотоксичности выделенных ассоциаций микроорганизмов проводили на семенах кресс-салата как на наиболее чувствительной на инокуляцию культуре.
Эффективность применения выделенных ассоциаций почвенных микроорганизмов устанавливали в условиях све-токомнаты при инокуляции зеленных культур (салат Лолло Росса и руккола) на научно-технической базе Крестьянского (фермерского) хозяйства «Юницкого» (Республика Беларусь).
Общая численность микроорганизмов в образцах бурого угля составляла около 107 КОЕ в 1 г. Из бурого угля были выделены две ассоциации микроорганизмов, обладающих деструкционной активностью в отношении бурого угля и способностью ктрансформации гуминовых веществ. При изучении способности исследуемых микроорганизмов использовать гуминовые вещества бурого угля (в течение одного месяца) отмечено микробное разложение последнего, приводящее к помутнению среды и снижению интенсивности её окраски. В колбах со средой, содержащей дополнительно 0,01 % глюкозы, обесцвечивание было сильнее (рисунок 1).
Полученные данные свидетельствуют о том, что разложение гуминовых веществ происходит более интенсивно в присутствии глюкозы, т. е. в условиях кометаболизма.
Изучение динамики численности микроорганизмов-деструкторов бурого угля при культивировании на среде
Рисунок 1 - Способность выделенных ассоциаций микроорганизмов-деструкторов бурого угля использовать гуминовые вещества: ■ ассоциация № 1, культивируемая на среде с бурым углём (0,01 %); 2 - ассоциация № 1 (0,01 % бурого угля и 0,01 % глюкозы);
3 - ассоциация № 2 (0,01 % бурого угля); 4 - ассоциация № 2 (0,01 % бурого угля и 0,01 % глюкозы);
5 - контроль 1 (среда с 0,01 % бурого угля); 6 - контроль 2 (среда с 0,01 % бурого угля и 0,01 % глюкозы)
ПОЧВА И ПОЧВЕННЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ В БИОСФЕРЕ ЭКОКОСМОДОМА
Юницкий А.Э., Соловьёва Е.А., Зыль Н.С. (г. Минск)
с измельчённым бурым углём в качестве единственного источника углерода и азота показало увеличение их концентрации в среднем на порядок (109 КОЕ/мл) на 10-е сутки культивирования, что подтверждает способность выделенных бактерий развиваться на данной среде.
Из почвенных образцов, невовлечённых в агропромышленное производство, а также песка и образца биогумуса выделены 18 ассоциаций аэробных и анаэробных микроорганизмов различных агрономически ценных групп: аммонифицирующие, олигонитрофилы, в том числе азот-фиксирующие, целлюлозолитические (мезофилы и термофилы), фосфатсолюбилизирующие, а также использующие минеральные формы азота.
Проверка выделенных ассоциаций микроорганизмов на фитотоксичность показала, что инокуляция кресс-са-лата бактериальными культурами оказывала стимулирующее влияние на семяна, повышая их всхожесть и энергию прорастания. Прибавка фитомассы в вариантах с инокуляцией семян составила 26-71 % по сравнению с необработанным вариантом. Максимальный прирост фитомассы отмечен при инокуляции семян ассоциацией олигонитро-фильных бактерий, что объясняется азотфиксирующей способностью последних, поскольку на начальном этапе роста и развития растений чрезвычайно важным элементом является азот. Дополнительным положительным свойством азотфиксирующих бактерий, стимулирующим прорастание семян, является синтез фитогормонов (ауксинов и др.).
На основе выделенных нами микробных ассоциаций создан банк микроорганизмов, содержащий более тысячи видов, представляющий интерес для различных целей микробиологии и биотехнологии (рисунок 2).
Рисунок 2 - Банк агрономически ценных групп микроорганизмов
Ассоциации почвенных микроорганизмов, включающие всё необходимое разнообразие и количество бактериальных культур, выделенные из природных источников различных почвенно-климатических зон и выполняющие важные экологические функции, использовались нами для создания почвы, аналогичной составу плодородной. В качестве исследуемого компонента принят измельчённый электрогидравлическим способом бурый уголь (Боль-шесырское месторождение, Красноярский край, Россия), применяемый как носитель и питательная среда для ин-тродуцированных микроорганизмов, с добавлением золы как источника микроэлементов. Зола получена при сжигании бурого угля того же месторождения. Электрогидравлическое воздействие разрушает молекулы гуминовых веществ, и они становятся более доступны для потребления микроорганизмами. Технологическая схема производства почвы представлена на рисунке 3.
Изучена выживаемость ассоциаций микроорганизмов на разработанной почве в течение трёх месяцев.
Сборник материалов II международной научно-технической конференции «БЕЗРАКЕТНАЯ ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ КОСМОСА: ПРОБЛЕМЫ, ИДЕИ, ПРОЕКТЫ»
Контроль качества
Добыча бурого угля
Конюоль
Конюоль
Конюоль
Глубокая диструкция бурого угля
Введение
бактериального инокулята, формирование продукта с оптимальной структурой
Гумус
Упаковка, складирование и транспортировка
Рисунок 3 - Технология получения почвы (гумуса)
Изменение численности микробных интродуцентов в процессе их хранения в почве было незначительным. К концу третьего месяца хранения концентрация микроорганизмов составляла не менее 2,5 * 109 КОЕ/г почвы. Это свидетельствует о том, что внесённые микробные культуры способны сохраняться там длительное время.
Проверка эффективности разработанной почвы в модельных условиях в светокомнате показала прибавку
фитомассы растений исследуемых салатных культур (150-200 %) по сравнению с субстратом на основе песка и торфа (2 :1). Для подтверждения эффективности, полученной при возделывании растений в лабораторных условиях на разработанной почве, заложен полевой эксперимент на озимой тритикале.
Таким образом, выделенные ассоциации микроорганизмов и разработанная на их основе почва ускоряют рост и развитие растений за счёт снабжения их всеми необходимыми питательными веществами и природными регуляторами роста.
Литература
1. Марчик, Т.П., Головатый, С.Е. Численность, биомасса и эколого-трофическая структура микробных ценозов дерново-карбонатных почв/ Т.П. Марчик, С.Е. Головатый// Веснк Гродзенскага дзяржаунага ушвератэта ¡мя Яню Купалы: Серыя 5. Эканомка. Сацыялопя. Ыялопя. -2012. - № 1 (125). - С. 107-118.
2. Колешко, О.И. Экология микроорганизмов почвы: лабораторный практикум / О.И. Колешко. - Минск Вышэй-шая школа, 1981. - 176 с.
3. Юницкий, А.Э. Струнные транспортные системы: на Земле и в Космосе: науч. издание/А. Э. Юницкий. - Силакрогс: ПНБ принт, 2019. - 576 с.
4. Фосфатмобилизующая активность эндофитных штаммов Bacillus subtilis и их влияние на степень микоризации корней пшеницы / A.A. Егоршина и [др.] // Журнал Сибирского федерального университета. Биология. - 2011. -Т. 2, №4. -С. 172-182.
5. Постникова, М.А. Использование гуминовых кислот почвенными бактериями: автореф. дис. канд. биол. наук 03.00.07 / М.А. Постникова: МГУ им. М.В. Ломоносова, фак-т почвоведения. - М., 2007. - 125 е.: ил.
© Юницкий А.Э., 2019 © Соловьёва ЕА, 2019 ©Зыль Н.С.,2019
ПОЧВА И ПОЧВЕННЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ В БИОСФЕРЕ ЭК0К0СМ0Д0МА
Юницкий А.Э., Соловьёва Е.А., Зыль Н.С. (г. Минск)
