CC BY
22
УДК 631.51:631.466.1:576.8.06
системы основной обработки и формирование ассоциаций микроорганизмов в темно-серой лесной почве
Н.В. ПЕРФИЛЬЕВ1, кандидат сельскохозяйственных наук, главный научный сотрудник
О.А. ВЬЮШИНА1, научный сотрудник Д.Р. МАЙСЯМОВА2, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северного Зауралья, ул. Бурлаки, 2, пос. Московский, Тюменский р-н, Тюменская обл., 625501, Российская Федерация
2Государственный аграрный университет Северного Зауралья, ул. Республики, 7, Тюмень, 625003, Российская Федерация
E-mail: [email protected]
Резюме. В стационарном опыте в период третьей ротации зер-нопарового севооборота «чистый пар, озимая рожь, пшеница, вика, ячмень», развернутого во времени и пространстве на темно-серой лесной почве в Северном Зауралье, проанализировано влияние систем основной обработки почвы различной степени интенсивности на формирование ассоциаций почвенных грибов, актиномицетов и целлюлозоразлагающих микроорганизмов в пахотном слое. Наблюдения за активностью микроорганизмов проведены в поле ячменя в следующих вариантах основной обработки почвы: отвальная - ежегодная вспашка на 20-22 см; безотвальная - рыхление стойками СибИМЭ на 20-22см; комбинированная - чередование вспашки и рыхления стойками СибИМЭ на 20-22 см; дифференцированная - в пару и после озимой ржи плоскорезная обработка КПЭ-3,8 на 12-14 см, вспашка под зернобобовые, ячмень и дискование БДТ-2,5 на 10-12 см после него. Установлены тенденции по отрицательному влиянию мелких и безотвальных систем обработки на фитосанитарное состояние темно-серой лесной почвы в Северном Зауралье. Такие виды обработки в дифференцированной системе возделывания ведут к росту численности микроскопических грибов в пахотном слое почвы из-за особенностей распределения растительных остатков. При этом преобладают виды родов Fusarium и Penicillum, что вызывает токсикоз почвы и увеличение популяции возбудителя корневой гнили Bipolaris sorokiniana в 1,5-2 раза, по сравнению со вспашкой. Накопление почвенных токсикогенных грибов сопровождается ростом содержания актиномицетов на 18-64%. Поэтому для улучшения фитосанитарного состояния пахотного слоя в системах основной обработки данной почвы необходима периодическая вспашка.
Ключевые слова: система основной обработки, грибы, актиномицеты, целлюлозоразлагающие микроорганизмы, токсикоз почвы.
Для цитирования: Перфильев Н.В., Вьюшина О.А., Май-сямова Д.Р. Системы основной обработки и формирование ассоциаций микроорганизмов в темно-серой лесной почве // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. № 10. С. 16-18.
Микроскопические грибы - это важная часть микробной ассоциации почвы. Они первыми поселяются на растительном опаде, участвуют в разложении сложных полимерных безазотистых соединений.
В структуре микробного сообщества серых лесных почв грибы составляют значительно меньшую часть, нежели бактерии [1]. Однако в биологии почвы микомице-ты выполняют важнейшую биохимическую функцию: они принимают участие в круговороте углерод- и азотосо-держащих веществ почвы. Некоторые из них участвуют в минерализации целлюлозы и деструкции гумусовых веществ. Грибная микрофлора обладает высокой эффективностью использования органического субстрата почвы (пожнивные, корневые остатки). Микофлора спо-
собна использовать до 50-60% разлагаемого органического материала на построение своих клеток [2].
Актиномицеты, так же как и грибы - гидролитики, выделяемые ими ферменты участвуют в процессе гидролиза органического вещества почвы, даже если актиномицеты находятся в состоянии покоя.
Цель исследований - установить влияние систем основной обработки на формирование ассоциаций почвенных грибов, актиномицетов и целлюлозоразлагающих микроорганизмов в пахотном слое темно-серой лесной почвы в Северном Зауралье.
Условия, материалы и методы. Исследования проведены в стационарном опыте в 1996-2002 гг. на опытном поле Научно-исследовательского института сельского хозяйства Северного Зауралья в период третьей ротации полевого севооборота «чистый пар, озимая рожь, яровая пшеница, вика, ячмень», развернутого во времени и пространстве. В 2013 г. дополнительно были проведены исследования влияния длительного применения изучаемых систем обработки на процесс почвоутомления пахотного слоя почвы. Этот параметр оценивали по интенсивности всхожести тест-культур по методике А.И. Иванова, А.П. Стаценко [3]. Всхожесть тест-культур определяли по ГОСТ 12038-84 [4]. Почва темно-серая лесная тяжелосуглинистая. Глубина гумусного слоя 25-27 см, содержание гумуса 4,2-5,0%, рН солевой вытяжки 6,0-6,4. Сумма поглощенных оснований 29,4 мг/экв.
Наблюдения за активностью микроорганизмов проведены в поле ячменя в следующих вариантах основной обработки почвы: отвальная - ежегодная вспашка на 2022 см; безотвальная - рыхление стойками СибИМЭ на 20-22 см; комбинированная - чередование вспашки и рыхления стойками СибИМЭ на 20-22 см; дифференцированная - в пару и после озимой ржи плоскорезная обработка КПЭ-3,8 на 12-14 см, вспашка под зернобобовые, под ячмень и дискование БДТ-2,5 на 10-12 см после него. Весной во всех вариантах проводили закрытие влаги боронами БЗСС-1,0, общепринятую предпосевную обработку культиватором «Смарагд» и посев сеялкой СЗП-3,6.
Анализ основных физиологических групп почвенных микроорганизмов проводили по методике ВНИИСХМ и МГУ [5, 6] путем высева почвенной суспензии определенных разведений на элективные питательные среды. Исследовали почвенные грибы в изучаемых вариантах опыта в периоды посев-всходы, кущение и восковая спелость ячменя. По-вторность 3-х кратная. Статистическая обработка данных проведена по Б.А. Доспехову [7]. Метеоусловия в годы исследований были разнообразными. Семь лет из одиннадцати по увлажнению и температурному режиму были благоприятными для культурных растений, три года - засушливыми и один год - влажным с недостаточным количеством тепла.
результаты и обсуждение. По данным наших наблюдений, численность микроскопических грибов была очень низкой во все периоды наблюдений. В слое почвы 0-20 см в период посев - всходы по всем вариантам опыта их было 30,0-49,5 тыс. шт./г почвы, тогда как по Д.Г. Звягинцеву [6], содержание менее 2 млн шт./г свидетельствует об очень бедной обеспеченности. К кущению численность грибов увеличивалась до 40-50,5 тыс. шт./г почвы, а в период уборки составила 36,0-54,0 тыс. шт./г почвы.
Таблица 1. Численность микрофлоры в пахотном слое темно-серой лесной почвы в зависимости от системы основной обработки (1993-2002 гг.)
Слой Количество микроорганизмов, тыс. шт./г воздушно-сухой почвы
Система целлюлозоразлагающие
основной по- актиномицеты грибы на среде Чапека микроорганизмы на среде
обработки чвы, Гетченсона
см перед по- кущение восковая перед куще- восковая перед куще- восковая
севом спелость посевом ние спелость посевом ние спелость
Отвальная 0-10 221 658 272 63 36 49 243 201 237
10-20 319 374 253 33 44 22 239 203 214
0-20 270 516 262 48 40 36 241 202 226
Безотваль- 0-10 338 807 449 43 30 45 239 225 198
ная 10-20 167 467 280 24 52 46 253 274 201
0-20 252 637 364 33 41 45 246 250 200
Комбиниро- 0-10 263 778 549 55 45 68 222 258 162
ванная 10-20 154 489 318 44 42 40 225 249 141
0-20 208 634 434 50 43 54 223 254 152
Дифферен- 0-10 284 943 544 27 48 56 308 388 276
цированная 10-20 315 275 316 33 53 36 257 296 183
0-20 300 609 430 30 50 46 282 342 230
Максимальное количество грибов отмечено в период кущения и восковой спелости, как правило, в вариантах с обработкой почвы с элементами минимизации - при безотвальной, дифференцированной и комбинированной системах основной обработки. При этом численность микроскопических грибов на фоне безотвальной и дифференцированной обработок почвы на 25% выше, чем по отвальной системе, что обусловлено распределением растительных остатков на поверхности поля (табл. 1 ).
При дифференцированной обработке распределение грибной флоры по горизонтам почвы и периодам вегетации было равномернее, чем на фоне отвальной и комбинированной систем. В двух последних вариантах отмечена большая численность грибов в слое почвы 0-10 см - от 36 до 63 тыс. шт. на 1 г воздушно-сухой почвы при отвальной и от 45 до 68 тыс. шт. при комбинированной системе обработки. Увеличение количества почвенных грибов по указанным обработкам в горизонте 0-10 см относительно дифференцированной и безотвальной систем обработки происходит благодаря обогащению почвы кислородом в результате более интенсивного воздействия на нее во время вегетации растений. В осенний период наступает некое равновесие в численности грибов по горизонтам лишь в варианте безотвальной обработки. В целом, низкая численность грибов, в сравнении с другими микроорганизмами в почве, свидетельствует о нарушении в составе почвенной биоты, возникающей при вовлечении почв в сельскохозяйственное производство, так как грибы являются основными деструкторами мертвого органического вещества и главным агентом гумусообразования. Деградация их популяций в пахотном слое служит причиной снижения содержания гумуса и утраты почвенной структуры, так как гуминовые кислоты образуются при участии грибов. Кроме того, при дифференцированной и безотвальной обработках почвы преобладают виды родов Fusarium и Pénicillium [8]. Данные виды в результате выделения ими токсинов вызывают токсикоз почвы и как частный случай его - почвоутомление, проявляющееся в резком угнетении растений, что сказывается на росте сельскохозяйственных культур и отрицательно влияет на продуктивность и качество урожая [9].
Сведения о распространении указанных видов грибов подтверждают наши данные по определению почвоутом-
ления почвы в 2013 г. (табл. 2). Всхожесть тест-культур: редиса, салата и тимофеевки луговой, высеянных на почву с горизонта 0-20 см, составляла по отвальной системе обработки 51%, по дифференцированной - 29,6%, по комбинированной - 31%, что соответствует по шкале оценки [3] в варианте с отвальной обработкой - средней степени почвоутомления, с дифференцированной и комбинированной - высокой степени. Таблица 2. влияние обработки почвы на всхожесть семян тест-культур, % в 2013 г.
Обработка почвы Кресс-салат Редис Тимофеевка В среднем по культурам
отвальная 64 59 30 51
дифференцированная 39 42 8 30
комбинированная 21 41 31 31
Многие виды почвенных грибов служат возбудителями болезней сельскохозяйственных культур, в частности Bipolaris sorokiniana - основной возбудитель корневых гнилей [10].
Все образцы почвы заселены конидиями B. sorokiniana в сильной степени (табл. 3). Характерная морфологическая особенность конидий в состоянии фунгистазиса почвы - это отсутствие видимой продольной перегородки и наличие сформировавшихся хламидоспор внутри кони-диальной оболочки. Видимо, конидии имеют возраст более года, а значительная их деградация свидетельствует о высокой супрессивности почв.
При дифференцированной обработке отмечено самое значительное количество возбудителей корневых гнилей, в слое почвы 0-10 см число конидий в состоянии фунгистазиса почвы было больше, чем по вспашке, в 2 раза, в слое 0-20 см - в 1,5 раза.
Другая таксономическая группировка микроорганизмов, участвующих в разложении сложных безазотистых полимерных соединений - актиномицеты. Они включаются в трансформацию органического вещества, уже подвергнувшегося деструкции. Их численность в большей степени зависит от наличия в почве субстрата, чем от других факторов [11].
Наиболее устойчивые виды к неблагоприятным условиям среды на темно-серых лесных почвах - актиномицеты Streptomyces chromogenes, бактерии Clostridium pasterianum, Bacillus mesentericus.
Эти виды по сопоставлению их численности можно использовать как индикаторы почвенного плодородия.
Численность актиномицетов в зависимости от обработок колеблется от 95 до 2400 тыс. шт. в 1 г почвы
Таблица 3. Число и популяционный состав покоящихся структур B. soro kiniana в 1 г воздушно-сухой почвы (1993-2002 гг.)
Вариант Горизонт Конидии в состоянии фунгистазиса почвы Число частично деградированных конидий Общая численность
Отвальная 0-10 60 120 180
обработка 10-20 50 110 160
Безотвальная 0-10 50 90 140
обработка 10-20 50 50 100
Комбинированная 0-10 75 70 145
обработка 10-20 70 75 145
Дифференцирован- 0-10 120 85 205
ная обработка 10-20 45 150 195
по годам исследований. В среднем за 1992-2002 гг. максимальное количество отмечено в верхних слоях почвы в фазу кущения растений. Актиномицеты приспособлены к неблагоприятным условиям: иссушению почвы, снижению ее нитрификационной способности, накоплению токсических веществ [12]. При дифференцированной обработке, где накапливается значительное количество почвенных токсикогенных грибов в период кущение - восковая спелость, увеличивается на 18-64% и содержание актиномицетов, по сравнению с отвальной системой обработки (см. табл. 1).
Процесс разложения целлюлозы играет важную роль в формировании гумуса и почвенной структуры, так как продукты ее полураспада используются для его синтеза. Учет численности целлюлозоразлагающих микроорганизмов
показал некоторое снижение их количества к осени, что согласуется с изменением коэффициента гумификации [1]. Максимальная численность целлюлозоразлагаю-щих микроорганизмов отмечена в 0-10 см слое почвы при дифференцированной системе обработки - 308 тыс. шт. в 1 г почвы перед посевом и 388тыс. шт. в 1 г почвы в период кущения, что соответственно на 26% и 92% выше, чем по вспашке (см. табл. 1).
выводы. Преимущественно мелкие и безотвальные обработки в дифференцированной системе обработки за счет особенностей распределения растительных остатков ведут к увеличению численности микроскопических грибов в пахотном слое почвы. Среди них преобладают виды родов Fusarium и Penicillum, что вызывает токсикоз почвы и увеличивает в 1,5-2 раза, относительно вспашки, присутствие возбудителя корневой гнили Bipolaris sorokiniana. Накопление почвенных токсикогенных грибов сопровождается увеличением содержания актиномицетов на 18-64%.
Поэтому для улучшения фитосанитарного состояния пахотного слоя в системах основной обработки данной почвы необходима периодическая вспашка.
Литература.
1. Майсямова Д.Р., Абрамов Н.В., Перфильев Н.В.Влияние сельскохозяйственных культур севооборота на микробное сообщество темно-серой лесной почвы при разных системах обработки почв //Вестник ТГСХА. 2008. № 1 (4) С. 12-15.
2. Берестецкий О.А., Возняковская Ю.М., Дорошинский Л.М. Биологические основы плодородия почвы. М.: Колос, 1984. 287с.
3. Иванов А.И., Стаценко А.П. Оценка почвоутомления в севообороте//Земледелие. 2010. № 2. С. 19.
4. Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. М.: Стандар-тинформ, 2011. С. 36-63.
5. Основные микробиологические и биохимические методы исследования почвы: метод. рекомендации/Ж.П. Попова, Н.Б. Герш, Н.В. Гамовой, Ю.М. Возняковская, В.Ф. Павлова, С.М. Алисова, А.К. Труфонова, Н.З. Кононуркуржаева, А.А. Стрейс. Л.: 1987. 47с.
6. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: МГУ, 1991. 304 с.
7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1979. 416 с.
8. Майсямова Д.Р. Экологические аспекты использования различных способов основной обработки на видовой состав почвенных грибов //Аграрная наука - развитию и стабилизации агропромышленного комплекса Тюменской области: научные труды. Тюмень: Вектор Бук, 2006. С. 90-93.
9. Мирчник Т.Г. Почвенная микология. М.: МГУ, 2008. 208 с.
10. Чулкина В.А., Конявина Н.М., Кузнецова Т.Т. Борьба с болезнями сельскохозяйственных культур. М.: Россельхозиздат, 1987. С. 40-45.
11. Красильников Н.А. Микроорганизмы почвы и высшие растения. М.: изд-во АН СССР, 1958. С. 121-124.
12. Карамшук З.П. Микробиологические основы почвозащитного земледелия. Алма-Ата: Акад. наукКаз. ССР, 1989. С. 32-33.
TILLAGE SYSTEMS AND FORMATION OF MICROFuNGI, MICROORGANISM ASSOCIATIONS
IN DARK-GREY FOREST SOIL
N.V. Perfilyev1, O.A.Viyushina1, D.R. Majsyamova2
Northern Trans-Urals Research Institute of Agriculture, ul. Burlaki, 2, pos. Moskovsky, Tyumensky r-n, Tyumenskaya obl., 625501, Russian Federation
2Northern Trans-Urals State Agrarian University, ul. Respubliki, 7, Tyumen, 625003, Russian Federation
Summary. It was analyzed the influence of tillage systems of different intensity on the formation of associations of soil fungi, actinomycetes and cellulose-decomposing microorganisms in the arable soil layer. This analysis was carried out in the stationary experiment during the third rotation of grain-fallow crop rotation "bare fallow, winter rye, wheat, vetch, barley" on dark gray forest soils in the Northern Trans-Urals. The observations on the activity of microorganisms were conducted in the field of barley with several variants of tillage: moldboard one (annual plowing at 20-22 cm); nonmoldboard one (loosening with SiblME tines at 20-22 cm); combined system (the alternation of plowing and loosening with SiblME tines at 20-22 cm); differentiated (in a fallow field and after winter rye it is subsurface cultivation by KPE-3,8 at 12-14 cm, plowing under the legumes and for barley, and disking by BDT-2,5 at 10-12 cm after barley). It was revealed the trends to negative influence of subsurface and nonmoldboard cultivations on the phytosanitary condition of dark gray forest soil in the Northern Trans-Urals. Such kinds of processing in the differentiated system of cultivation leads to an increase in the number of microscopic fungi in topsoil because of the distribution of plant residues. In this case species of the genera Fusarium and Penicillum predominate, causing soil toxicosis and increase in the population of the root rot pathogen Bipolaris sorokiniana 1.5-2 times, compared with plowing. The accumulation of soil toxigenic fungi is accompanied by an increase in the content of actinomycetes by 18-64%. Therefore, to improve the phytosanitary condition of the arable layer of this type of soil it is required the periodic plowing in tillage systems. Keywords: tillage system, fungi, actinomycetes, cellulose-decomposing microorganisms, soil toxicosis.
Author Details: N.V. Perfilyev, Cand. Sc. (Agr.), chief research fellow (e-mail: natalya_sharapov@bk. ru); O.A. Viyushina, research fellow; D.R. Majsyamova, Cand. Sc. (Agr.), assoc. prof.
For citation: Perfilyev N.V., Viyushina O.A., Majsyamova D.R. Tillage Systems and Formation of Microfungi, Microorganism Associations in Dark-Grey Forest Soil. Dostizheniya nauki i tekhnikiAPK. 2015. V. 29. No 10. pp. 16-18 (in Russ.).
