CC BY
16УДК 631. 46: 579. 8. 042
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ДИАЗОТРОФНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ В АГРОЛАНДШАФТАХ СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ
М.К. Зинченко, к.б.н., И.Д. Федулова, В.В. Шаркевич—Владимирский НИИСХ
E-mail: zinchenkosergei@mail.ru
Представлены исследования, проведенные в длительном стационарном опыте Владимирского НИИСХ в 2012-2016гг. по изучению распространения диазотрофных микроорганизмов в агроланд-шафтах серой лесной почвы. Активное развитие эта группа микроорганизмов получила при использовании навоза на фоне минеральных удобрений. Показатели численности диазотрофов были достоверно ниже на фонах, где в течение трех ротаций севооборота применяли только высокие дозы минеральных удобрений. При возделывании зерновых культур численность диазотрофов была в 1,9-2,8 раза ниже, чем в почве под клевером первого года. Возрастание пула азотфиксаторов при возделывании клевера произошло из-за увеличения численности свободноживущих и ассоциативных бактерий, так как перед посевом не проводили инокуляцию семян клевера бактериями рода Rhizobium trifolii. В 2016г. минимальный пул (3,1-3,3млн. КОЕ/1г почвы) аэробных диазотрофов был выявлен на нулевом и высокоинтенсивном минеральном фоне. Достоверное снижение численности азотфиксаторов может быть связано как с недостатком элементов питания (нулевой фон), так и с их избытком (высокоинтенсивный фон).
Ключевые слова: аммонифицирующие микроорганизмы, клевер, азотобактер, фоны минерального питания.
Микробиологическая фиксация азота - важнейший процесс в его круговороте. На всей территории РФ ежегодно фиксируется от 3,4 до 4,1 млн. т азота [1]. При этом за вегетационный период пахотный слой почвы обогащается 1518 кг азота за счет свободноживущих азотфиксирующих бактерий. В агрономическом плане все разнообразие бактерий - азотфиксаторов включает три основные группы: клубеньковые (симбиотические) бактерии бобовых растений рода Rhizobium, инфицирующие корни бобовых и живущие в симбиозе с высшими растениями; не-симбиотические (свободноживущие) бактерии, обитающие в почве (аэробные и анаэробные фиксаторы азота) и на ее поверхности (цианобактерии); ассоциативные азотфиксаторы рода AzospirШum и др, живущие за счет корневых выделений [2,3]. Наибольшую роль в практическом земледелии играют первые две группы.
Цель исследований - изучить распространение группы диазотрофных микроорганизмов в агроландшафтах серой лесной почвы. В задачи исследований входило:проследить влияние комплекса агротехнической нагрузки (системы удобрения, приемы основной обработки, культуры севооборота) на численность азотфиксирующих микроорганизмов.
Методика. Исследования проводили в 2012-2016 гг. в многофакторном
стационарном опыте в отделе земледелия Владимирского НИИСХ на серой лесной среднесуглинистой почве. Агрохимическая характеристика почв опытного участка: рНКС| 5,7; гумус 2,53 %; Р2О5 164 мг/кг почвы; К2О 137 мг/кг почвы; сумма поглощенных оснований 12,8 мг- экв/100 г почвы.
Фоны интенсификации различались системой применения удобрений, рассчитанной на получение планируемой урожайности сельскохозяйственных культур. Суммарное количество внесенных удобрений за ротацию севооборота составляло на нулевом фоне (навоз 40 т/га); на интенсивный
(1^,„„Р„„К,™ + навоз 40 т/га); на интен-
* 100 80 160 ' "
сивном минеральном (^350Р220К390); на высокоинтенсивном минеральном (1^„,„Р„,„К„С); на интенсивном орга-
* 480 280 575' ^
номинеральном (^310Р150К310+ навоз 60 т/га); на высокоинтенсивном орга-номинеральном (^430Р160К360+ навоз 80т/га). Навоз вносили единовременно в расчетных дозах.
Общую численность азотфиксато-ров определяли методом посева почвенной суспензии на питательную среду Эшби. Для определения плотности заселения почвы азотобактером использовали посев почвенных комочков на твердую питательную среду Эшби [4] .
Результаты. Почвенный микробиологический пул подвержен сезонной сукцессии, на которую влияют
и почвенно- климатические условия. Из абиотических факторов преимущественное влияние на динамику развития и состояние микробиологического комплекса почвы оказывают эдафоген-ные факторы - это влажность и температура почвы. С учетом распределения количества атмосферных осадков, влажность слоя 0-20 см в период отбора почвенных проб на анализ соответствовала показателям, представленным в таблице 1.
Максимальные показатели влажности почвы сформировались в 2015 г., во все сроки исследований они были на уровне 22 - 28%. Влажность пахотного слоя почвы в другие годы достигала такого же уровня увлажнения только в сентябре. Такие почвенно-кли-матические условия вызвали активное развитие микрофлоры, участвующей в трансформации мортмассы корне-пожнивных остатков. Анализ средних значений свидетельствует о критическом уровне влаги в пахотном слое для развития микрофлоры в июле, где показатели влажности фиксируются на уровне 13-18% на отвальной вспашке. На изучаемых фонах обработки сохраняются одинаковые сезонные закономерности распределения почвенной влаги. Однако, абсолютные значения весовой влажности почвы во все сроки отбора выше на вариантах, обработанных безотвально.
Внешним фактором, не связанным
g/iaduMipckiu ЗешеШеф
№ 2 (80) 2017
1. Динамика весовой влажности почвы, W %
Год Отвальная вспашка Плоскорезная обработка
май июль сентябрь май июль сентябрь
2012 18Д 22:3 17,8 9=4 24,4
2013 25,5 13,7 26,3 25,7 14,0 2 7=3
2014 15=2 18,2 24 Л 17=5 21=4 24,0
2015 21,7 25,8 24 Д 23 Л 2£,5 24,9
2016 15=9 12,9 22:5 17=2 15=4 24,0
Среднее 19,3 16,0 24:0 20,3 22,2 24,9
2. Средняя температура серой лесной почвы в слое 0-20 см, ( данные Суздальского метеопоста), ^ С
Год Май Июль Сентябрь
2012 13,6 14,7
2013 13=5 18,8 11=5
2014 13,9 17,4 12,0
2015 14,0 17,9 17,7
2016 14,2 20,3 19,0
Средняя 13,9 13,6 15,0
3. Численность диазотрофных микроорганизмов, тыс. КОЕ/1г а.с почвы, (среднее за 2012-2016гг.)
Отвальная вспашка Плоскорезная обработка
Нулевой 2654 3035
Интенсивный 2972 2196
Интенсивный минеральный 2217 2289
Высокоинтенсивный минеральный 2037 2495
Интенсивный органоминеральный 2942 3273
Высокоинтенсивный орган эмннеральный 2975 3430
НСРз^ 420 611
Рис. 1. Численность аэробных азотфиксаторов в среднем по опыту, 2016г.
№ 2 (80) 2017
с состоянием почвенных фаз, но оказывающим существенное влияние на развитие почвенных микроорганизмов, является температура (табл.2). Она влияет на скорость биохимических реакций и ограничивает рост микробного пула. В температурном диапазоне роста каждой группы микроорганизмов выделяют три зоны - минимальную, оптимальную и максимальную. Эти зоны могут сдвигаться в зависимости от других факторов, и, в первую очередь, от влажности почвы. Поэтому действие эдафогенных факторов подвержено явлению констелляции факторов - в совокупном виде действие факторов проявляется иначе. Анализ температурных показателей почвы и значений влажности свидетельствует, что наиболее благоприятные условия для развития почвенной микрофлоры складывались в 2015г. и в августе - сентябре 2016 г.
Показатели численности диазо-трофов достоверно ниже на фонах, где в течение трех ротаций севооборота применяли только минеральные удобрения. Это указывает, что степень насыщенности минеральными удобрениями интенсивного и высокоинтенсивного фонов не способствовала распространению азот-фиксаторов. Многолетнее внесение высоких (М Р ,„К - N Р К! доз
* 350 220 390 480 280 575' "
минеральных удобрений за ротацию севооборота создавало определенный уровень не только токсикологической нагрузки, но и высокую обеспеченность почвы минеральными формами азота, что не увеличивало плотность заселения почвы этих вариантов азот-фиксирующей микрофлорой.
На фонах, расположенных по плоскорезной обработке, наблюдается тенденция возрастания численности диазотрофов. Они сформировали более высокий пул азотфиксирующей микрофлоры, чем на отвальной вспашке. Аэробные азотфиксаторы в основном представлены ризосферными формами, поэтому наблюдается увеличение их плотности на фонах плоскорезного рыхления, так как локализация корневой системы происходит в верхнем слое при безотвальной обработке. В 2016г. основную обработку почвы не проводили, однако заселенность фонов, расположенных по плоскорезному рыхлению, выше - в среднем 5,4 млн. КОЕ/1г., а по отвальной вспашке - 4,6 млн. КОЕ/1г почвы. В 2016 г. на агрофонах возделывали клевер 1 года, и это дало возможность проследить влияние не только систем удобрений и способов основной обработки на численность этой группы, но и оценить
Владимгрскш ЗемдеШецТ)
4. Влияние культур севооборота на численность азотфиксирующих микроорганизмов
Отвальная вспашка Плоскорезная обработка
Фон интенсификации Численность е тыс. КОЕ 1г а.с.п.
средняя за 20122015гг. 2016г. под средняя за 20122015гг. 2016г. под
под зерновыми клевером под зерновыми клевером
Нулевой 2121 3125 2417 5547
Интенсивный 2204 5805 2551 5275
Интенсивный 1937 5454 1854 3667
минеральный
ВысокоинтенсиЕный 1703 3332 2189 4535
минеральный
Интенсивный 2229 5398 2400 6350
органоминеральный
ВысокоинтенсиЕный 2514 4673 2557 7213
органоминеральный
5. Развитие азотобактера в агроландшафтах серой лесной почве
Фон интенсификации Отвальная вспашка Плоскорезная обработка
плотность заселения азотобактером, %
2015г. 2016г. 2015г. 2016г.
Нулевой 25,0 40,1 17,6 40,2
Интенсивный 32:2 55,3 15,8 63,9
Интенсивный минеральный 35,8 49,8 21,4 50,1
ВысокоинтенсиЕный минеральный 45,4 38:0 45,7 44,4
Интенсивный органоминеральный 27:6 67,7 37,8 50,3
ВысокоинтенсиЕный органоминеральный 32,7 59,2 27,9 58,5
Рис. 2 Средняя плотность заселения азотобактером агроландшафтов серой лесной почвы, %
влияние самой бобовой культуры (клевера) на распространение азотфикса-торов. Возделывание клевера благоприятно сказалось и на численности диазотрофов. При низких значениях влажности почвы, предшествующих отбору почвенных проб в мае и июле, ко-
личество этих микроорганизмов было выше, чем в предыдущие годы при выращивании зерновых культур. На всех вариантах средняя численность диа-зотрофов при возделывании зерновых культур была 1,9-2,8 раза ниже, чем в почве под клевером 1-го года. Возрас-
¡¡/¡аЭимгрсНт ЗемлеШецТ)
тание пула азотфиксаторов при возделывании клевера в большей степени произошло из-за увеличения численности свободноживущих и ассоциативных бактерий, так как перед посевом не проводили инокуляцию семян клевера симбиотическими бактериями рода Rhizobium trifolii.
Корневые выделения бобовых растений, наряду с другими органическими веществами почвы, служат источниками энергии и питания для диазотрофов. Именно экссудаты клевера стимулировали в ризосфере микрофлору, способную фиксировать атмосферный азот как в почве обработанной отвально, так и безотвально на глубину 10-12см. Такая же тенденция отмечена на этом же опыте во второй и третьей ротации севооборота [5-7].
В 2016г. минимальный (3,1-3,3 млн. КОЕ/1г почвы) пул аэробных диазотро-фов был выявлен на нулевом и высокоинтенсивном минеральном фоне (рис.1). Достоверное снижение численности активно функционирующих азот-фиксаторов может быть связано как с недостатком элементов питания, поступающих в почву (нулевой фон), так и с их избытком в результате многолетнего внесения высоких доз минеральных удобрений на высокоинтенсивном фоне и проявления на этом фоне токсических эффектов.
Принимая во внимание комплекс положительных свойств азотобактера как свободноживущего азотфиксатора, были проведены исследования по обнаружению данного вида. По культу-рально-морфологическим признакам все выделенные штаммы можно отнести к Azotobacterchroococcum. Штаммы азотобактера более активно развивались на фонах под клевером первого года в 2016г. (табл. 5). Согласно шкале оценки биогенности серых лесных почв Владимирского ополья по плотности распространения азотобактера - она соответствует высокой и средней степени [8,9].
Увеличение пула азотобактера наблюдается под клевером на всех фонах интенсификации. Средняя плотность заселения агрофонов сво-бодноживущими азотфиксаторами под зерновыми по отвальной вспашке составляла 33,1%, а под клевером - 51,6% Аналогичная закономерность наблюдается и в почве, обработанной безот-вально (рис.2).
Полученные нами данные свидетельствуют, что, не смотря на высокую зависимость почвенной микрофлоры от эдафическихусловий, наблюдается влияние агрогенных факторов на численность диазотрофов.
№ 2 (80) 2017
Отмечено, что активизирующее воздействие на их распространение оказала органоминеральная система удобрения. На этих фонах формируется более высокий пул азотфиксирующей микрофлоры. Активное развитие эта группа микроорганизмов получила на всех фонах интенсификации при возделывании клевера первого года, при котором численность их возросла в среднем 1,9-2,8 раза. Аналогичная тенденция отмечена и в распространении свободноживущего азотфикса-тора - Azotobacter chroococcum. Следовательно, биологизация земледелия может способствовать повышению уровня микробиологической фиксации азота микробным комплексом серой лесной почвы.
Литература
1. Фарниев А.Т. Мир почвенных микроорганизмов и сельское хозяйство -Владикавказ: Иристон, 2002.- 118с.
2. Емцов В.Т., Мишустин Е.Н. Микробиология - М.: Дрофа, 2006.- 290с.
3. Коваленко Е.В., Малахов Н.В. Изменение численности и активности почвенной биоты в агроэкосистемах разной интенсивности // АВ, 2016, № 3. -С. 44-48
4. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии - М.: Дрофа, 2004.- 254с.
5. Зинченко М.К., Стоянова Л.Г., Зинченко С.И., Корчагин А.А. Влияние агрогенной нагрузки на населенность азотобактером серой лесной почвы Владимирского ополья /Ресурсосбережение и диверсификация как новый этап развития идей А.И. Бараева о почвозащитном земледелии: Сборник докл. междун. науч.-практ. конф. - Шор-танды: Каз.НИИЗХ, 2008. - С. 410-413.
6. Зинченко М.К. Биологические особенности серой лесной почвы Владимирского ополья при различных агротехнических приемах: Автореф. дис. канд. биол. наук. - М., 2011. - 24с.
7. Зинченко М.К., Селицкая О.В. Биологическая токсичность серой лесной почвы в зависимости от систем удобрений// Агрохимический вестник, 2011, №5. - С. 38-40.
8. Алеева Л.А., Зинченко М.К., Ви-кулина Е.В., Стоянова Л.Г. Методы и критерии оценки качественного состояния серых лесных почв Владимирского Ополья: методич. указания. - Суздаль: ГНУ ВНИИСХ, 2005.- 38с.
9. Зинченко М.К., Стоянова Л.Г., Викулина Е.В. Параметры микробиологической характеристики почв агроценозов Владимирского ополья // Владимирский земледелец, 2006, -№3-4.- С. 2-4.
DISTRIBUTION OF DIAZOTROPHIC MICROORGANISMS IN AGROLANDSCAPES OF THE FOREST FOREST SOIL
M.K. Zinchenko, I.D. Fedulova, V.V. Sharkevich
There is presented the research carried out in the long-term stationary experience of the Vladimir Institute of Nuclear Physics in 2012-2016. On the study of the distribution of diazotrophic microorganisms in agrolandscapes of gray forest soil. This group of microorganisms was actively developed by the use of manure on the background of mineral fertilizers. The indices of the number of diazotrophs were significantly lower on backgrounds, where only high doses of mineral fertilizers were used during three rotations of crop rotation. When cultivating grain crops, the number of diazotrophs was 1.9-2.8 times lower than in the soil under the clover of the first year. The increase in the pool of nitrogen fixers in the cultivation of clover was due to the increase in the number of free-living and associative bacteria, since before inoculation the seeds of clover were not inoculated with bacteria of the genus Rhizobium trifolii. In 2016 Minimum pool (3.1-3.3 million CFU /1 g of soil). Aerobic diazotrophs were detected on a zero and high-intensity mineral background. A significant decrease in the number of nitrogen fixers can be due to both the lack of nutrients (zero background) and their excess (high-intensity background).
Keywords: ammonifying microorganisms, clover, azotobacter, backgrounds of mineral nutrition.
ИНФОРМАЦИЯ
Формирование технологий направлено на ведение устойчивого земледелия товаропроизводителями за счет подбора систем технологий, способствующих решению оптимизации материальных и трудовых затрат, при обеспечении финансово выгодного сбора продукций с единицы площади, а также получение продукции установленного стандарта в нужных количествах и в необходимые для реализации сроки.
В основу разработанного регистра положены длительные научные и технологические разработки коллектива Владимирского НИИСХ за период 19802016 гг., адаптированные к сложившемуся уровню природных и материальных ресурсов хозяйств опольной зоны Владимирской области.
Пособие предназначено для сельскохозяйственных производителей различной формы собственности, научных работников и преподавателей сельскохозяйственных ВУЗов.
Библиографическая характеристика издания: Регистр технологий (базовые) производства гречихи, гороха, вики, семян клевера, картофеля и система машин для их возделывания во Владимирской области/ Федеральное агентство научных организаций; ФГБНУ «Владимирский НИИСХ»;
[Зинченко С.И. и др.].- Суздаль, 2017.- 140с.
ISBN 978- 5-9909173-8-5.
№ 2 (80) 2017
g/iaduMipckiü ЗемдеШецТ)
