CC BY
7УДК 631.46;631.461 AGRIS:F04
РОЛЬ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ В ПОВЫШЕНИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ АЗОТА НА ЗЕРНОВЫХ РИЗОЦЕНОЗАХ В УСЛОВИЯХ МАЛОГО КАВКАЗА
MINERAL FERTILIZERS ROLE IN NITROGEN BIOLOGICAL ACTIVITY INCREASE ON GRAIN RHIZOCENOSIS UNDER THE CAUCASUS CONDITIONS
©Мустафаев З. Х., канд. с.-х. наук
Институт почвоведения и агрохимии НАН Азербайджана, г. Баку, Азербайджан, [email protected]
©Mustafaev Z., Ph.D.
Institute Soilscience and Agrochemistry of Azerbaijan NAS, Baku, Azerbaijan, [email protected]
Аннотация. В статье охарактеризованы природно-географические, почвенно-климатические условия Гянджа-Газахского массива Малого Кавказа. Рассмотрены результаты опытов влияния различных доз минеральных удобрений на развитие микроорганизмов в ризоценозах пшеницы и кукурузы.
В процессе исследований было установлено, что на нитрогеназную активность бактерий ризосферы, система удобрений оказывает существенное влияние. Амплитуда колебания различна по отдельным культурам. Как принято, величина нитрогеназной активности изменчива в связи с самой физиологией растений, которая достигает максимальных значений при активном росте сельскохозяйственных культур, особенно в период колошения озимой пшеницы и цветения кукурузы.
Биологический потенциал почвы обратно пропорционален антропогенной нагрузке. Из чего следует заключить, что увеличение массы агрохимикатов снижает возможность природных ресурсов, как молекулярный азот атмосферы.
Abstract. The natural-geographic, soil-climatic conditions of Ganja-Qazakh massive in the Lesser Caucasus are characterized in the article, the experimental results of the mineral fertilizers various doses, impact on microorganism's development in wheat and maize wheat are examined.
In the course of the research, it was established that the fertilizer system has a significant effect on the nitrogenase activity of the rhizosphere bacteria. The amplitude of the oscillation is different for individual crops. As is customary, the amount of nitrogenase activity is variable in relation to the plant physiology itself, which reaches its maximum values with the active growth of crops, especially during the period of winter wheat and cornflower.
The biological potential of the soil is inversely proportional to the anthropogenic load. From which it should be concluded that an increase in the mass of agrochemicals reduces the possibility of natural resources, like the molecular nitrogen of the atmosphere.
Ключевые слова: агрофитоценоз, ризоценоз, микроорганизм, диазотроф.
Keywords: agrophytocenosis, rhizocenosis, microorganism, diazotroph.
Введение
Влияние внешней среды на состав и жизнедеятельность почвенных микроорганизмов характеризуется регулированием состава почвенных популяций гидротермическим режимом. Микробное население почвы в сильной степени зависит от сезонных изменений температуры, некоторые из которых способны к активной деятельности при температурах, близких к точке замерзания воды, тогда как «термофилы» могут выдерживать достаточно высокие температуры вплоть до 60-70 °C [3].
Разнообразие функций прежде обусловлено разнообразием микроорганизмов в почвах разных типов, где непременно в полной мере должно быть учтена сезонная изменчивость состава микроорганизмов в почвах, особенно сезонное окружающей среды: влажности, температуры и др., изменение количественных соотношений представителей разных групп микроорганизмов или их отдельных видов. В связи с чем имеет правомерное понятие потенциальной или возможной микробиологической активности, проявление которой возможно лишь при определенных условиях.
Целью наших исканий является изучение азотфиксирующих микроорганизмов, в частности ассоциативных диазотрофов, тесно ассоциируемых с корнями растений и их динамика численности в зависимости с от соотношения различных доз минеральных удобрений на ризоценозах зерновых, в основных типах почв, сформированных в Гянджа-Газахской наклонной равнине Азербайджана [15].
Расположение района исследования, краткая географическая характеристика
Объектом исследования приняты серо-бурые, серо-коричневые (каштановые), сероземно-луговые, горно серо-коричневые почвы Гянджа-Газахской наклонной равнины, расположенная от предгорной зоны северо-восточного склона Малого Кавказа до правого побережья р. Кура, граничащей на западе р. Инджасу и Арменией, на юге Шахдаг и Муровдагскими хребтами, на востоке протягиваясь до долины Гарачай, включая в себя отличающимися по своим геологическим и геоморфологическим свойствам Газахский, Акстафинский, Таузский, Кедабекский, Шамкирский, Дашкесанский, Самухский, Геранбойский и Гёйгёльский административные районы [2].
В орографическом отношении предгорная зона расположена между 400-700 м над уровнем моря узкой полосой и характеризуется средне и сильно расчлененной поверхностью. Данная зона расположена между базисом эрозии 200-400 м, где имеются благоприятные условия формированию эрозионно-денудационного рельефа. Склоны водоразделов расчленены балками.
Северо-восточный склон Малого Кавказа представлен кристаллическими известняками, осадочными породами и мергелями, элювии и делювии которых широко распространены в бассейне рек Гянджачай, Шамкирчай, Гошгарчая-Газах и Товузского районов, а также Аггильджачая Кедабекского района. На территории распространены вулканические и осадочные породы Юрского периода Мезозоя, а также отложения третичного и четвертичного периодов Кайнозоя [1].
Шихлинский Э. М. по климатическому районированию на северо-восточном склоне Малого Кавказа выделил 3 климатического пояса (субальпийский, горно-лесной и сухостепной), где определил следующие типы климата: на наклонной равнине правобережья р. Куры умеренно-теплый климат полупустынь и сухих степей с сухой зимой; на низкогорьях и частично среднегорьях (400-1500 м) — умеренно-теплый климат с сухой зимой, где годовое количество осадков составляет 50-75% испаряемости [12].
Величина годовой суммарной радиации в зоне низко и среднегорья составляет 125-130 ккал/см2. Начиная с высоты 400-500 м на каждые 100 м, происходит понижение суммарной радиации на 0,8 ккал /см2, а радиационный баланс понижается на 1 ккал/см2. В зоне сухих степей годовое значение радиационного баланса составляет 45,3-49,7 ккал/см2, в среднегорьях лесной зоны 39,0-40,0 ккал/см2 [14].
На предгорных равнинах среднегодовая температура воздуха составляет 12-13 °С, постепенно уменьшаясь с увеличением гипсометрического уровня и в зависимости от экспозиций и уклона склонов, на низко- и среднегорьях изменяется от 11-13 °С. Средняя температура января в предгорной зоне составляет -0,7 - +1,5 °С, в среднегорье (1000-2000 м) -2 - -6 °С.
Толщина снежного покрова в предгорьях (300-600 м) неустойчива и максимум составляет 15-20 см, на высоте 1200-1400 м — 20 см, а выше 1500м характеризуется более высокой толщиной.
В питании рек участвуют снеговые, дождевые, подземные и воды источников. Годовое питание водами источников составляет 45-46%, снеговое и ледниковое питание 35-36%, дождевое питание 14-18%, которые в течении года распределены крайне неравномерно. Наибольший объем стока 50-75% приходится на весенне-летние (март-июнь), а наименьшее (10-15%) в зимние периоды [12].
Почвенный покров Малого Кавказа, классификация и систематика почв подробно описана в работах Салаева М. М. [10], где автор указывает на повсеместное распространение на Малом Кавказе высокоглинистых элювий материнской породы, в соответствии специфичностью гидротермической системы.
Объем и методы исследования
Количественный учет азотфиксирующих бактерий, принадлежащих различным таксономическим группам, проводили согласно общепринятым методам. Общую численность аэробных диазотрофов учитывали на среде Эшби (г/л дистиллированной воды):
К2 НРО4 — 0,2; MgSO4 — 0,2; NaCL — 0,2; K2SO4 — 01; СаСОэ — 5; сахароза — 5; агар
— 20 [7]; Azotobacter — на среде (г/л); манит — 10,0; Н2НРО4 — 0,04; КН 2РО4 — 0,16; NaCL
— 0,2; MgSO4 — 0,2; CaCL — 0,1; (в мг/л) FeSO4 — 2,5; Н 3ВО3 — 2,3; Cu(SO4)2 — 0,1; CaSO4 — 1,2; MnCL2 — 0,09; NaMoO — 2,5; ZnSO 4 — 2,1; рН — 7,2.
Применение минеральных удобрений считается основным путем обеспечения азотом сельскохозяйственных культур. Однако из-за существенной дороговизны они не в состоянии обеспечить более полное удовлетворение в потребности растениями азота. В связи с чем значение биологического азота и его использование создает благоприятный фон для земледелия и способствует более рационально распределять минеральные азотные удобрения и следовательно сократить загрязнение окружающей среды [13]. Для управления численностью и таксономическим составом почвенных диазотрофов и их биалогической активностью перспективны методы почвенной биотехнологии: система управления почвы, применение севооборотов и состав культур, внесение в почву органических удобрений (вермикомпостов и др.).
Целью наших исследований стало изучение влияния некоторых из перечисленных факторов, в частности регулирующего действия минеральных и органических удобрений внесенных под зерновые, на нитрогенезную активность почвы.
Управление процессом азотфиксации имеет особенно большое значение в условиях адаптивного земледелия, посколько создает предпосылки успешному решению поставленной задачи — получения необходимого количества высококачественной сельскохозяйственной продукции при рентабельном использовании природных ресурсов (питательных элементов почвы, энергии, воды и др.). Именно с этих позиций представляет определенный интерес
анализирование результатов проведенных исследований. Поэтому в связи с обнаружением в корневой части зерновых культур при различных дозах органо-минеральных удобрений, в колебаниях численности аэробных и анаэробных диазотрофов важно определить закономерности функционирования нитрогеназного комплекса.
В результате проведенных исследований выявлено, что на нитрогеназную активность бактерий ризосферы, система удобрений оказывает существенное влияние. Амплитуда колебания различна по отдельным культурам. Как принято, величина нитрогеназной активности изменчива в связи с самой физиологией растений, которая достигает максимальных значений при активном росте сельскохозяйственных культур, особенно в период колошения озимой пшеницы и цветения кукурузы.
Исследования проводились в 2015-2017 гг.
Результаты и их обсуждение
Результаты исследований показывают, что внесение одних минеральных удобрений или сочетание их с новозом, может усилить или замедлить процесс функционирования нитрогеназного комплекса в ризосфере отдельных сельскохозяйственных культур и свидетельствуют с испотзованием определенных агрохимических приемов контролировать накопление биологического азота в почве. Так, внесение минеральных удобрений и навоза усиливало нитрогеназную активность в течении всего периода вегетации озимой пшеницы и кукурузы. В начальной стадии развития данных культур, при внесении одних минеральных наблюдалось их ингубирующее действие на нитрогеназную активность почвы, которая была ниже с контрольным вариантом. Негативное влияние минеральных удобрений на нитрогеназную активность по мере развития растений слабела.
Закономерность действия минеральных удобрений и навоза наблюдалась и в пару, без растений. Однако в пору уровень актуальной нитрогеназной активности был значительно ниже, чем в ризосфере. Следовательно, растительный покров можно рассматривать как регулятор численности физиолого-биохимической активности, свободноживущих и ассоативных диазотрофов в почве.
В ризосфере озимой пшеницы (Таблица 1) максимальная величина нитрогеназной активности приходиться на вариант N60 P40 K40. На фоне навоза значение нитрогеназной активности существенно повышалась, даже по варианту N90 Рбо K 90. Отрицательное действие высоких доз минеральных удобрений на нитрогеназную активность наблюдалось в начале периода вегетации растений на фоне без навоза.
В последующем активность нитрогеназного комплекса изменялась в зависимости от фазы вегетации растений и наверное от количества питательных элементов в почве. Определенна высокая биологическая фиксация азота (56,1 кг №/га за вегетационный период) отмечена под кукурузой на серо-бурых почвах при внесении удобрений в соотношении N60P40 K40 на фоне 20 т/га навоза (Таблица 2).
Продуктивность нитрогеназной активности под озимой пшеницей ниже, чем под кукурузой. Максимальная же ее величина (31,5 №/га за вегетационный период) получена при внесении N60 P40 K40 на фоне навоза 20 т /га.
Установлено, что внесение органического удобрения в почву снижает отрицательный эффект высоких доз минеральных удобрений. При раздельном применении оптимальных доз минеральных и органических удобрений нитрогеназная активность ниже, чем при совместном их внесении. Поскольку биологическая фиксация азота-энергоемкий процесс, то органической удобрение является хорошим энергетическим субстратом для развития гетеротрофных бактерий, в том числе диазотрофов. Кроме того, органическое удобрение выполняет и другие функции, как окислительно-восстановительную, концентрационную, газовую, благоприятствующие функционированию нитрогеназного комплекса [11].
научный журнал (scientific journal) Т. 4. №3. 2018 г.
http://www.bulletennauki. com
Таблица 1.
ДЕЙСТВИЕ УДОБРЕНИЙ НА АКТУАЛЬНУЮ НИТРОГЕНАЗНУЮ АКТИВНОСТЬ
В РИЗОЦЕНОЗЕ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ПО ТИПАМ ПОЧВ _(мкг азота на 1 кг почвы в сутки)_
Варианты В среднем, за сутки За период вегетации (120 дней, кг/га)
Май Июнь Июль Ср. за сутки
Сероземно-луговые почвы
1.Без удобрений 48 57 56 54 14,5
2^20 Р40 К40 52 95 77 75 20,2
3.К 120Р 40К 40 42 112 93 82 22,1
4^ 140 Р 170К 170 36 110 105 83 22,1
5.Кб0 Р40 К120 45 139 106 96 25,9
б.Навоз 20 т/га 65 140 111 105 28,3
7. Навоз 20 т/га+ N 60Р 40К40 72 170 118 120 10,8
Горно серо-коричневые
1.Без удобрений 53 67 56 58 15,7
2.N20 Р40 К40 50 78 70 66 17,8
3^ 120Р 40К 40 43 96 67 68 18,3
4.N 140 Р 170К 170 35 98 72 68 18,3
5.N 60Р 40К 120 70 103 77 83 22,4
б.Навоз 20 т/га 83 118 78 93 25,1
7. Навоз 20 т/га+ N 60Р 40К40 65 95 74 78 21,0
Серо-бурые
1.Без удобрений 56 66 60 60 16,2
2^20 Р40 К40 50 70 65 61 16,5
3.N 120Р 40К 40 45 91 73 70 18,9
4.N 140 Р 170К 170 40 98 80 72 19,4
5.N 60Р 40К 120 53 115 85 84 22,6
б.Навоз 20 т/га 66 148 97 103 27,8
7. Навоз 20 т/га+ N 60Р 40К40 72 117 113 117 31,5
Серо-коричневая (каштановая)
1.Без удобрений 73 78 69 73 19,7
2.N20 Р40 К40 66 88 73 75 20,2
3.N 120Р 40К 40 58 97 80 78 21,0
140 Р 170К 170 54 93 87 78 21,0
5.N 60Р 40К 120 70 107 90 89 24,0
б.Навоз 20 т/га 83 110 94 95 25,6
7. Навоз 20 т/га+ N 60Р 40К40 97 148 113 119 32,1
Таблица 2.
ДЕЙСТВИЕ УДОБРЕНИЙ НА АКТУАЛЬНУЮ НИТРОГЕНАЗНУЮ АКТИВНОСТЬ
В РИЗОЦЕНОЗЕ КУКУРУЗЫ ПО ТИПАМ ПОЧВ __(мкг азота на 1 кг почвы в сутки)__
Варианты В среднем, за сутки За период вегетации (120 дней, кг/га)
Май Июнь Июль Август Ср. за сутки
Сероземно-луговые почвы
1.Без удобрений 63 128 143 110 111 40,0
2.ГО0 Р40 К40 60 154 175 132 131 47,1
3^ 120Р 40К 40 48 160 188 150 136 40,9
4^ 140 Р 170К 170 39 148 193 166 136 40,9
5^ 60Р 40К 120 55 153 178 160 78 28,0
б.Навоз 20 т/га 73 172 190 165 150 54,0
7. Навоз 20 т/га+ N 60Р 40К40 87 180 196 173 159 57,0
Горно серо-коричневые
1.Без удобрений 73 82 90 76 80 28,8
2.ГО0 Р40 К40 63 115 136 122 109 39,2
3^ 120Р 40К 40 60 133 142 130 116 41,8
4ЛЧ 140 Р 170К 170 46 127 145 138 114 41,0
5ЛЧ 60Р 40К 120 66 106 142 130 111 40,0
б.Навоз 20 т/га 78 138 147 118 120 43,2
7. Навоз 20 т/га+ N 60Р 40К40 84 155 157 122 129 46,6
Серо-бурые
1.Без удобрений 77 83 93 87 85 30,6
2.ГО0 Р40 К40 75 110 127 112 106 38,1
3^ 120Р 40К 40 60 124 136 120 110 40,0
4ЛЧ 140 Р 170К 170 55 120 143 132 112 40,3
5ЛЧ 60Р 40К 120 66 130 130 110 107 38,5
б.Навоз 20 т/га 83 170 160 115 132 59,4
7. Навоз 20 т/га+ N 60Р 40К40 93 186 190 158 156 56,1
Серо-коричневая (каштановая)
1.Без удобрений 80 112 127 125 111 40,0
2.ГО0 Р40 К40 82 145 188 137 138 49,6
3^ 120Р 40К 40 76 178 180 174 152 54,7
4^ 140 Р 170К 170 65 166 187 180 149 53,8
5^ 60Р 40К 120 78 168 173 155 143 51,6
б.Навоз 20 т/га 86 168 179 160 148 53,3
7. Навоз 20 т/га+ N 60Р 40К40 98 183 196 178 163 58,6
Эффективность минеральных удобрений, с микробиологических позиций, определяется уровнем биологического потенциала почвы, в частности нитрогеназной активностью и синтеза АТФ. Выявлено, что биологический потенциал почвы обратно пропорционален антропогенной нагрузке. Из чего следует заключить, что увеличение массы агрохимикатов снижает возможность природных ресурсов, как молекулярный азот атмосферы.
научный журнал (scientific journal) Т. 4. №3. 2018 г.
http://www.bulletennauki. com
Выводы
Установлено, что система удобрений существенно влияет на нитрогеназную активность бактерий ризосферы, амплитуда колебаний которых различна по сельскохозяйственным культурам. Выявлено, что в зависимости от физиологии растений, нитрогеназная активность, максимальных значений на озимых зерновых достигает в период колошения, а кукурузы — цветения. Внесение минеральных удобрений одних или в сочетании с навозом усиливает или замедляет активность нитрогеназного комплекса в ризосфере культур.
Список литературы:
1. Азизбеков Ш. А. Геология и петрография северо-восточной части Малого Кавказа. Баку: Изд. АН Азерб. ССР, 1947.
2. Антонов Б. И. Малый Кавказ // Геология Азербайджана (Геоморфология). Баку: Изд. АН Азерб. ССР, 1959. С. 192-250.
3. Ваксман С. А. Гумус. Происхождение, химический состав и значение его в природе. М.: Огиз-Сельхозгиз. 1937.
4. Вернадский В. И. Об анализе почв с биологической точки зрения // Почвоведение. 1936. №1. С. 8-16.
5. Волобуев В. Р. Экология почв. 1963. 259 с.
6. Докучаев В. В. Избранные сочинения. Т. 2-3. М.: Сельхозгиз, 1949. 446 с.
7. Звягинцев Д. Г., Асеева И. В., Бабьева И. П., Марчинк Т. Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: МГУ, 1980. С. 39-40.
8. Родин Л. Е., Базилевич Н. И. Малый биологический круговорот и эволюция ландшафтов такыров // Такыры Зап. Туркмении. Изд. АН СССР, 1957.
9. Салаев М. Э. Почвы Малого Кавказа. Баку: Изд. АН Азербайджанской ССР, 1966. 326
с.
10. Просолов Л. И. Типы почв в земледелии различных стран // Почвоведение. 1946. №2. С. 67-76.
11. Тышкевич Э. А. Экология и агрономия. Кишинев, 1981.
12. Мамедов М. Гидрография Азербайджана. Баку, 2002. 266 с. (на азерб. яз.)
13. Мишустин Е. Н. Микроорганизмы и плодородие почвы. М.: Изд. АН СССР, 1956.
14. Шихлинский Э. М. Климат Азербайджана. Баку, 1968. 341 с.
15. Мустафаев М. Г. Влияние дренажа на физические свойства и водно-воздушный режим почв (на примере Мугано-Сальянского массива Азербайджана) // Вестник. 2011. №3. С. 6-10.
References:
1. Azizbekov, Sh. A. (1947). Geology and petrography of the north-eastern part of the Lesser Caucasus. Baku, AN Azerb. SSR
2. Antonov, B. I. (1959). Small Caucasus. Geology of Azerbaijan (Geomorphology). Baku, A. Azerb. SSR, 192-250
3. Waksman, S. A. (1937). Humus. Origin, chemical composition and its significance in nature. Moscow, Ogiz-Selkhozhiz
4. Vernadsky, V. I. (1936). On the analysis of soils from the biological point of view. Pochvovedenie, (1). 8-16
5. Volobuev, V. R. (1963). Ecology of soils, 259
6. Dokuchaev, V. V. (1949). Selected works. V. 2-3, Moscow, Selkhozhiz, 446
7. Zvyagintsev, D. G., Aseeva I. V., Babieva I. P., & Marchink T. G. (1980). Methods of soil microbiology and biochemistry. Moscow, MSU, 39-40
8. Rodin, L. E., & Bazilevich, N. I. (1957). Small biological cycle and evolution of takyr landscapes. Takyry Zap. Turkmenii, Izd. AN SSSR
научный журнал (scientific journal) Т. 4. №3. 2018 г.
http://www.bulletennauki. com
9. Salaev, M. E. (1966). Soils of the Lesser Caucasus. Academy of Sciences of Azerbaijan SSR, Baku, 326
10. Prosolov, L. I. (1946). Types of soils in agriculture of various countries. Soil Science, (2),
67-76
11. Tyshkevich, E. A. (1981). Ecology and Agronomy. Chisinau
12. Mamedov, M. (2002). Hydrography of Azerbaijan. Baku, 266 (in Azeri)
13. Mishustin, E. N. (1956). Microorganisms and soil fertility. Moscow, AN SSSR
14. Shikhlinsky, E. (1968). The climate of Azerbaijan, Baku, 341
15. Mustafayev, M. G. (2011). Influence of drainage on physical properties and water-air regime of soils (on the example of Mugano-Salyan massif of Azerbaijan). Herald, (3), 6-10
Работа поступила Принята к публикации
в редакцию 24.02.2018 г. 28.02.2018 г.
Ссылка для цитирования:
Мустафаев З. Х. Роль минеральных удобрений в повышении биологической активности азота на зерновых ризоценозах в условиях Малого Кавказа // Бюллетень науки и практики. 2018. Т. 4. №3. С. 75-82. Режим доступа: http://www.bulletennauki.com/mustafaev (дата обращения 15.03.2018).
Cite as (APA):
Mustafaev, Z. (2018). Mineral fertilizers role in nitrogen biological activity increase on grain rhizocenosis under the Caucasus conditions. Bulletin of Science and Practice, 4, (3), 75-82
