CC BY
96БИОЛОГИЯ ПОЧВ
ГРНТИ 68.05.34.27.19
М.А. Ибраева1, Д.Е.Шаухарова2, М. Джуманова2 ВЛИЯНИЕ ЗАСОЛЕНИЯ ПОЧВ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ
1Казахский научно-исследовательский институт почвоведения и агрохимии имени У.У. Успанова, 050060, г. Алматы, пр. аль-Фараби, 75 В, Казахстан,
e-mail: ibraevamar@mail.ru 2Казахский Национальный аграрный университет, 050010, г. Алматы,
пр. Абая 8
Аннотация. Статья посвящена определению порога токсичности соды и суммы солеи на разные группы микроорганизмов. В результате исследовании установлено, что микрофлора почв более устоичива к деиствию соды, чем высшие растения. Однако при повышении концентрации соды, свыше 0,05 % снижается численность аммонификаторов, азотфиксаторов и нитрификаторов. Это может отрицательно сказаться на азотном режиме почв. Также выяснено, что со снижением суммы солеи численность микроорганизмов повышается. Развитие микроскопических грибов подвержено тои же закономерности, но в варианте с сильнозасоленнои почвои они еще продолжают расти. Увеличение концентрации солеи на их численность значительного деиствия не оказывает. Денитрифицирующие бактерии так же, как и микроскопические грибы, не реагируют на повышение концентрации солеи. Увеличение засоления почв ингибирует рост азотфиксаторов и сульфатредуцирующих бактерии.
Ключевые слова: засоление почв, сумма солеи, микрофлора почв, аммонификаторы, азотфиксирующие бактерии, микроскопические грибы.
ВВЕДЕНИЕ
Биологическая активность почвы, совокупность биологических процессов, протекающих в неи, способность всех живых организмов почвы осуществлять процессы разложения и синтеза веществ определяется количественным и качественным составом почвенных организмов (бактерии, актиномицетов, дрожжеи, простеиших, водорослеи, чер-веи и др.) и является наиболее существенным показателем почвенного плодородия. Верхняя часть профиля почвы, в котором наиболее интенсивно протекают микробиологические процессы, составляет ее биологически активныи слои, а состав и численность микрофлоры, ее функциональная активность являются однои из важнеиших составляющих биологическои активности почвы.
Микроорганизмы, обладая высо-кои биологическои активностью, участвуют в разложении больших количеств органических остатков, минеральных веществ и образовании нового органического вещества — гумуса почвы.
Как правило, на засоленных почвах биологические процессы протекают менее интенсивно, чем на незасолен-ных. Неблагоприятные климатические условия, такие как высокие летние температуры, низкая относительная влажность воздуха, высокая испаряемость влаги из почвы, низкое содержание органических веществ и процессы засоления являются причинои слабои биологическои активности почв [1, 2].
Наивысшая биологическая активность почвы характерна для незасолен-ных и слабозасоленных староорошаемых лугово-аллювиальных почв. В солончаке в связи с высоким содержанием токсичных солеи выявлена очень слабая биологическая активность [3].
Несмотря на негативное влияние засоления, в почвах с высоким уровнем засоления и техногеннои нагрузкои формируется уникальная микрофлора, способная выживать в экстремальных условиях среды. В связи с этим, особыи интерес представляют микроорганизмы, адаптированные к выживанию в
условиях повышенной минерализации. В последние десятилетия интенсивное исследование микрофлоры экосистем с высоким засолением среды позволило выделить и охарактеризовать гало-фильные и галотолерантные микроорганизмы. Они способны к активнои жизнедеятельности в широком диапазоне концентрации солеи и обнаруживаются в различных биотопах и антропогенных экосистемах с повышенным уровнем минерализации [4,5].
В почвах с низким уровнем влаги засоление ингибирует метаболические процессы, влияет на поступление элементов питания и осмотическии баланс, что приводит к ухудшению роста и развития растении [6]. В наших исследованиях мы попытались наити порог токсичности влияния солеи на некоторые группы микроорганизмов.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Изучение численности и состава почвенных микроорганизмов проводилось по общепринятои методике на твердых и жидких питательных средах. Применялись следующие плотные питательные среды: мясо - пептонныи агар (МПА) - для учета численности и состава аммонификаторов, усваивающих органические формы азота (из десятитысячного разведения). Численность нитрифицирующих бактерии определялась методом предельных разведении на жидкои среде Виноградско-го [7], денитрификаторов - на среде Гильтая [8], азотфиксаторов на глюко-зо-автолизатнои среде [9], сульфатреду-цирующих бактерии - на среде Штурм [10]. Для вычисления количества микроорганизмов пользовались таблицеи Мак-Креди. Для выяснения влияния различных концентрации соды на численность микроорганизмов нами был поставлен опыт. К исходным питательным средам добавляли ^2Шз разных концентрации (от 0,05 % до 5 %), а контролем служила численность микроорганизмов на средах без соды. Для анали-
за был взят образец такыровиднои сильнозасоленнои почвы (со слоя 0-10 см).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В результате засоления создаются неблагоприятные условия для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, что в конечном итоге негативно влияет и на биологическую активность почв. Засоленность почв вообще и наличие соды в частности, оказывает де-прессирующее влияние на жизнедеятельность микрофлоры.
Проведенные нами исследования (таблица 1), показывают, что основные группы микрофлоры почв устоичивы к деиствию соды. Однако, при повышении ее рост всех испытуемых микроорганизмов не обнаруживается. Следует отметить, что такая ингибирующая доза соды (1 %) является гораздо более высо-кои по сравнению с токсичностью ее для растении (0,01-0,05 %).
Наименее устоичивыми к деи-ствию соды оказались азотфиксирую-щие и нитрифицирующие бактерии. При содержании в среде соды больше 0,05 % они не развиваются. Резко подавляются бактерии, растущие на МПА и КАА при концентрации ^2Шз свыше 0,1 %, а полное торможение их жизнедеятельности наступает при содержании соды более 0,5 %. Следует отметить, что споры бактерии довольно устоичивы к деиствию соды.
Их численность снизилась при содержании соды 0,5 %, лишь в 1,5 раза, при 1 % соды они, так же, как и другие формы бактерии угнетались. На денит-рификаторов сода оказывает влияние при концентрации выше 0,1 %, развитие денитрифицирующих бактерии тормозится при 0,5 %.
Маслянокислые бактерии способны переносить 0,5 % соды. Вместе с тем наличие даже 0,05 % ^2Шз снижает их численность вдвое. Численность суль-фатредуцирующих бактерии в период отбора почвенных образцов была невы-сокои. Их развитие прекратилось при
0,5 % соды. Численность микроскопических грибов, также как и аммонифицирующих бактерии, убывает с возрастанием дозы Ыа2СОз, а при 1 % соды находится в неактивном состоянии.
Следовательно, микрофлора по сравнению с высшими растениями способна переносить более высокие концентрации соды, и она остается актив-нои, участвуя в переработке органических и минеральных веществ.
Таблица 1 - Влияние соды на численность микроорганизмов в такыровидных почвах рисовых полеи Акдалинского массива орошения
Содержание Na2COз в питательных средах,% Микроорганизмы
Млн КОЕ/г почвы тыс. КОЕ/ г почвы
Бактерии, растущие на МПА Бактерии, растущие на КАА Спорообразую-щие формы бактерий Свободноживу-щие азотфикси-рующие бактерии Нитрифицирующие бактерии Денитрифицирующие бактерии Маслянокислые бактерии Сульфатредуци-рующие бактерии Микроскопические грибы
0 4,6 4,2 1,2 1,4 0,8 30,9 8,7 0,3 0,8
0,05 4,0 3,8 1,1 0,3 0,01 30,9 3,1 0,03 0,3
0,1 1,2 2,0 1,0 0 0 30,9 3,1 0,02 0,2
0,2 0,4 0,6 0,8 0 0 8,7 0,7 0,01 0,1
0,5 0,01 0,01 0,8 0 0 0 0,7 0 0,1
1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
5,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Таким образом, мы определили влияние соды на некоторые группы микроорганизмов. Теперь попытаемся выявить связь между деиствием естественного комплекса солеи почвы и численностью микроорганизмов. Для этого был поставлен опыт в различ-
Таблица 2 - Химическии состав солончаковатои почвы, мг/экв
ных вариантах с воднои вытяжкои и во всех них определен состав воднои вытяжки и рассчитана сумма солеи.
Согласно приведенным данным, при разбавлении воднои вытяжки сумма солеи снижается (таблица 2).
воднои вытяжки слабо-солонцевато-
Варианты НСОз С1 SO4 Са Mg К+Ыа Сумма солей, %
0,03 0,16 1,7 0,20 1,2 3,3 7,0 0,798
0,1 0,20 3,0 0,44 1,0 3,5 6,9 1,163
0,3 0,20 3,8 1,24 1,8 6,5 8,6 1,166
1,0 (водная вытяжка) 0,85 11,9 12 24 2,5 1,524
3,0 (упаривание) 1,33 29,6 62 13 5,5 4,084
Развитие микроорганизмов, выращиваемых на питательных средах, протекает по-разному в зависимости от различных концентрации естественного комплекса солеи в последних (рисунки 1- 3).
Аммонифицирующие микроорганизмы активно участвуют в разложении органических веществ. Вследствие этого образующиеся формы азота способствуют созданию благоприятных условии в питательном режиме сель-
скохозяиственных культур. Как показывают данные рисунка 1, при разбавлении воднои вытяжки со снижением суммы солеи численность микроорганизмов повышается. Аммонификаторов в варианте 1,0 с суммои солеи 1,524 % (водная вытяжка) содержалось 2,3 млн на грамм почвы, а при разбавлении их количество увеличилось и достигло максимума в варианте 0,03 с суммои солеи 0,798 % -6,5 млн/г почвы.
Рисунок 1 - Численность микроорганизмов в опыте с естественным комплексом
солеи
Развитие микроскопических грибов (рисунок 2) подвержено тои же закономерности, но в варианте 3,0 при упаривании они еще продолжают расти. Численность их в варианте 1,0 и 3,0 одинаково, то есть увеличение концентрации на них значительного деиствия не оказывает. На других питательных средах развитие испытуемых групп микроорганизмов приостанавливается. Так, например, численность азотфиксаторов в варианте, содержащем 4,084 % солеи, уменьшалась в 9 раз, сульфатредуциру-ющих - более чем в 17,9 раз!
Часть аммиачного азота, освободившегося в результате процесса аммо-
нификации, в благоприятных условиях окисляется в нитраты. В этои форме азот используется большинством высших растении. Проводились исследования и по вопросу влияния различных солеи на нитрификацию.
Лабораторные опыты показали, что комбинация солеи с №С1 и Са(ШР04)2 ингибировала процесс нитрификации, а карбонаты в большинстве случаев его стимулировали. Это подтверждается и нашими данными (рисунок 3). В наших опытах обнаружено незначительное количество этих бактерии при слабом засолении, с повышением суммы солеи они исчезают.
Влияние засоления (суммы солей) на микрофлору
2,0
0,80% 1,163,% 1,17% 1,52% 4,08%
О Свободножпвушпе а ютфпкспруюшпе ■ Сульфатредуцпруюшие бактерии □ Микроскопические гриоы.тыс. КОЕ/ г почвы
Рисунок 2 - Численность микроорганизмов в опыте с естественным комплексом
солеи
Одна из основных причин денит-рификации кроется в деятельности микроорганизмов. В.Н. Шапошников [11] считает, что с позиции физиологии микроорганизмов этот процесс должен рассматриваться как своеобразное приспособление некоторых бактерии к окислению органических веществ с сопряженным с ним восстановлением
нитратов или нитритов. Скорость де-нитрификации зависит от количественного и качественного состава органического вещества.
Полученные нами результаты показали, что денитрифицирующие бактерии так же, как и микроскопические грибы, не реагируют на повышение концентрации солеи.
Рисунок 3 - Численность микроорганизмов в опыте с естественным комплексом
солеи
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, микрофлора почв более устоичива к деиствию соды, чем высшие растения. Однако при повышении концентрации соды, свыше 0,05 % снижается численность аммонификато-ров, азотфиксаторов и нитрификаторов. Это может отрицательно сказаться на азотном режиме почв.
Со снижением суммы солеи численность почвеннои микрофлоры повышается. Развитие микроскопических грибов
подвержено тои же закономерности, но в варианте с суммои солеи 4,084 % они еще продолжают расти. Увеличение концентрации солеи на их численность значительного деиствия не оказывает.
Денитрифицирующие бактерии так же, как и микроскопические грибы, не реагируют на повышение концентрации солеи.
Увеличение засоления почв инги-бирует рост азотфиксаторов и суль-фатредуцирующих бактерии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Кузнецова Ю.С., Казеев К.Ш. Влияние засоления на биологические свойства гидроморфных почв ильменеи Астраханскои области // Извести вузов. - Естественные науки. - Северо-Кавказскии регион, 2010. - № 1. - С. 90-93.
2 Кадырова Д.А. Биодиагностика состояния и пространственно-временных изменении деградированных почв Сурхан-Шерабадскои долины: Автореф. дисс... д.б.н. - Ташкент, 2019.- 55с.
3 Саидова М.Э. Изменение биологических своиств почв под влиянием экологических факторов. - Научныи вестник НамГУ 2019. - № 5.
4 Наумович Н., Алещенкова З. Выделение и характеристика солеустоичивых азотфиксирующих и фосфатстабилизирующих бактерии // sauga. asu. lt. seites. -2018/5.184-187_Naumovic_2 2
5 Chen W.M., Lee T.M., Lan CC. Chiu-Ping Cheng characterization of halotolerant rhi-zobia isolated from root nodules of Canavalia rosea from seaside areas. - Federation of European Microbiological Societies Microbiology. - Ecology, 2000. - Vol. 34. - p. 9-16. 4. HEDI, A
6 Al-Karaki G. N., Hammad R., Rusan M. Response of two tomato cultivars differing in salt tolerance to inoculation with mycorrhizal fungi under salt stress // Mycorrhiza, 2001. - № 11. - Р. 43-47.
7 Егоров Н.С. Руководство к практическим занятиям по микробиологии. М.: Изд-во МГУ - 1984. - 222 с.
8 Кузнецов С.И., Романенко В.И. Микробиологическое изучение внутренних водоемов. Лабораторное руководство. - М.: Изд-во АН СССР. - 1963. - 21 с.
9 Калининская Т.А. Количественньш учет факультативно-симбиотрофных азотфиксаторов // Микробиология. - 1967. - Т. 36. - Вып. 3. - С. 3-43.
10 Штурм Д. Некоторые наблюдения над развитием Vibrio desulfuricans в аэробных условиях // Микробиология. - 1950. - Т. 19. - Вып. 4. - С. 289-293.
11 Шапошников В.Н. Техническая микробиология. - М.: Советская наука. -1947. - 41 с.
REFERENCES
1 Kuznetsova Yu.S., Kazeyev K.Sh. Vliyaniye zasoleniya na biologicheskiye svoystva gidromorfnykh pochv ilmeney Astrakhanskoy oblasti // Izvesti vuzov. - Yestestvennye nauki. - Severo-Kavkazsky region, 2010. - № 1. - S. 90-93.
2 Kadyrova D.A. Biodiagnostika sostoyaniya i prostranstvenno-vremennykh iz-meneny degradirovannykh pochv Surkhan-Sherabadskoy doliny: Avtoref. diss...d.b.n. -Tashkent, 2019.- 55s.
3 Saidova M.E. Izmeneniye biologicheskikh svoystv pochv pod vliyaniyem ekologicheskikh faktorov. - Nauchny vestnik NamGU, 2019. - № 5.
4 Naumovich N., Aleshchenkova Z. Vydeleniye i kharakteristika soleustoychivykh azotfiksiruyushchikh i fosfatstabiliziruyushchikh baktery // sauga. asu. lt. seites. -2018/5.184-187_Naumovic_2 2
5 Chen W.M., Lee T.M., Lan CC. Chiu-Ping Cheng characterization of halotolerant rhi-zobia isolated from root nodules of Canavalia rosea from seaside areas. - Federation of European Microbiological Societies Microbiology. - Ecology, 2000. - Vol. 34. - p. 9-16. 4. HEDI, A
6 Al-Karaki G. N., Hammad R., Rusan M. Response of two tomato cultivars differing in salt tolerance to inoculation with mycorrhizal fungi under salt stress // Mycorrhiza, 2001. - № 11. - R. 43-47.
7 Yegorov N.S. Rukovodstvo k prakticheskim zanyatiyam po mikrobiologii. M.: Izd-vo MGU. - 1984. - 222 s.
8 Kuznetsov S.I., Romanenko V.I. Mikrobiologicheskoye izucheniye vnutrennikh vodoyomov. Laboratornoye rukovodstvo. - M.: Izd-vo AN SSSR. - 1963. - 21 s.
9 Kalininskaya T.A. Kolichestvenny uchyot fakultativno-simbiotrofnykh azotfiksato-rov // Mikrobiologiya. - 1967. - T. 36. - Vyp. 3. - S. 3-43.
10 Shturm D. Nekotorye nablyudeniya nad razvitiyem Vibrio desulfuricans v aerob-nykh usloviyakh // Mikrobiologiya. - 1950. - T. 19. - Vyp. 4. - S. 289-293.
11 Shaposhnikov V.N. Tekhnicheskaya mikrobiologiya. - M.: Sovetskaya nauka. -1947. - 41 s.
ТYИШ
МАИбраева1, Д.Е. Шаухарова2, М.Джуманова2 ТОПЫРАЦТЫН, Т¥ЗДАНУЫНЫН, МИКРОБИОЛОГИЯЛЬЩ БЕЛСЕНД1Л1ККЕ ЭСЕР1 19.О. Оспанов атындагы К,азак, топырацтану жэне агрохимия гылыми-
зерттеу институты, 050060, Алматы цаласы, эл-Фараби дацгылы, 75 В, Цазацстан, e-mail: ibraevamar@mail.ru 2Цазац улттыц аграрлыцуниверситетi, 050010, Алматы, Абай дацгылы, 8
Макала микроорганизмдердщ эртYрлi топтарына эсер ететш сода мен туздар жиынтыгыныц уыттылы; шепн аныщтауга арналган. Зерттеу нэтижесшде жогары сатыдагы еамджтерге ;араганда топыра; микрофлорасы сода эсерше анагурлым тeзiмдi екендiгi аны;талды. Алаида сода шогыры 0,05 % жогары жогарылаган кезде аммонификаторлар, азот жина;таушылар жэне нитрификаторлар саны темендеидь Бул топыра;тыц азот режймiне керi эсер етуi мYмкiн. Сондаи-а;, туздар жиынтыгы темендеген кезде микроорганизмдер саны артатыны аны;талды. Микроскопиялы; сацырау;ула;тардыц дамуы да сол зацдылы;;а ушыраган, бiра; топырагы ;атты тузданган нус;ада олар есуш жалгастыра бередi. Туздар шогырыныц артуы олардыц санына аитарлы^таи эсер етпеидь Азотсыздандырушы бактериялар микроскопиялы; сацырау;ула;тар сия;ты туздар шогырыныц артуына эсер етпеидь Топыра;тыц туздануыныц артуы азот жина;таушы жэне сульфат ыдыратушы бактериялардыц есуш тежеидь
ТYйiндi свздер: топыра; туздыгы, туздардыц сомасы, топыра; микрофлорасы, аммонификаторлар, азотсыздандырушы бактериялар , микроскопиялы; сацырау;ула;тар.
SUMMARY
M.A. Ibraeva1, D.E. Shauharova2, M. Dzhumanova2 INFLUENCE OF SOIL SALINITY ON MICROBIOLOGICAL ACTIVITY 1Kazakh U.Uspanov Research Institute of Soil Science and Agricultural Chemistry, 050060, Almaty, 75 B, al-Farabi avenue, Kazakhstan, e-mail: ibraevamar@mail.ru
2Kazakh National Agrarian University, 050010, 8 Abay Ave., Almaty, Kazakhstan The article is devoted to elucidating the threshold of soda toxicity and the amount of salts for different groups of microorganisms. As a result of studies, it was found that the microflora of soils is more resistant to soda than higher plants. However, with an increase in the concentration of soda, over 0.05 %, the number of ammonifiers, nitrogen fixers, and nitrifiers decreases. This may adversely affect the nitrogen regime of soils.It was also found that with a decrease in the amount of salts, the number of microorganisms increases. The development of microscopic fungi is subject to the same regularity, but in the variant with highly saline soil, they still continue to grow. An increase in the concentration of salts on their abundance has no significant effect. Denitrifying bacteria, like microscopic fungi, do not respond to an increase in salt concentration. An increase in soil salinity inhibits the growth of nitrogen fixatives and sulfate-reducing bacteria.
Key words: soil salinization, the amount of salts, soil microflora, ammonifiers, nitrogen -fixing bacteria, microscopic fungi
