Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Русакова И.В. 1

---

1 ФГБНУ «Всероссийский НИИ органических удобрений и торфа»

В полевом опыте изучено влияние длительного использования соломы и минеральных удобрений в зернопропашном севообороте на состояние микробного сообщества дерново-подзолистой супесчаной почвы в сравнении с длительно парующей почвой и залежью. Определена численность эколого-трофических групп микроорганизмов, содержание микробной биомассы, рассчитаны коэффициенты минерализации, олиготрофности и олигонитрофильности, микробный фактор. Установлено, что в пахотной почве севооборота наиболее благоприятные условия для развития и зимогенной, и олиготрофной микрофлоры были созданы при регулярном внесении соломы зерновых и зернобобовых культур как в сочетании с минеральными удобрениями, так и без них. В этом варианте в условиях достаточных органических ресурсов, так же как и в залежи, превалировала зимогенная микрофлора. Длительное внесение соломы обеспечило также высокие показатели содержания микробной биомассы и доли ее в общем углероде почвы. Наименьшей численностью всех групп микроорганизмов и максимальными коэффициентами олиготрофности характеризовались почвы пара и севооборота без удобрений. Максимальные значения коэффициента олигонитрофильности и численности олигонитрофилов, значительную часть которых могут составлять диазотрофы, отмечены в залежной почве. Коэффициенты минерализации максимальными были в вариантах без удобрений и с ежегодным внесением минеральных удобрений.

Статья в формате PDF

354 KB

микробное сообщество

солома

минеральные удобрения

эколого-трофические группы микроорганизмов

микробная биомасса

экофизиологические коэффициенты

1. Гомонова Н.Ф., Зенова Г.М. Микроорганизмы как показатели состояния агроэкосистемы при длительном применении комплекса удобрений и в их последействии // Экологическая агрохимия. Изд. МГУ им. М.В. Ломоносова. – 2008. – С. 140–151.

2. Ананьева Н.Д., Сусьян Е.А., Рыжова И.М., Бочарникова Е.О., Стольникова Е.В. Углерод микробной биомассы и микробное продуцирование двуокиси углерода дерново-подзолистыми почвами постагрогенных биогеоценозов и коренных ельников южной тайги (Костромская область) // Почвоведение. – 2009. – № 9. – С. 1108–1116.

3. Балашов Е.В., Бучкина Н.П., Рижия Е.Я. Биологические показатели окультуренности почвы при внесении навоза и растительных остатков // Плодородие. – 2009. – № 4. – С. 25–26.

4. Anderson T.-H., Domsch K.H. Ratios of microbial biomass carbon to total organic carbon in arable soils // Soil Biology and Biochemistry. 1989. V. 21. I. 4. P. 471–479.

5. Титова В.И., Козлов А.В. Методы оценки функционирования микробоценоза почвы, участвующего в трансформации органического вещества. – Н.-Новгород, 2012. – 64 с.

6. Полянская Л.М., Звягинцев Д.Г. Содержание и структура микробной биомассы как показатель экологического состояния почв // Почвоведение. – 2005. – № 6. – С. 706–714.

7. Kaschuk G., Alberton O., Hungria M. Three decades of soil microbial biomass studies in Brazilian ecosystems: Lessons learned about soil quality and indications for improving sustainability // Soil Biol. Biochem. 2010. V. 42. P. 1–13.

8. Powlson D., Xu J., Brookes P. Through the Eye of the Needle – The Story of the Soil Microbial Biomass // Microbial Biomass: A Paradigm Shift in Terrestrial Biogeochemistry. – 2017. – С. 1–40.

9. Благодатская Е.В., Семенов М.В., Якушев А.В. Активность и биомасса почвенных микроорганизмов в изменяющихся условиях окружающей среды. – М.: Товарищество научных изданий КМК, 2016. – 243 с.

10. Сernу J., Balik J., Kulhаnek M., Nedvеd V. The changes in microbial biomass C and N in long-term field experiments // Plant Soil Environ. 2008. V. 54. № 5. P. 212–218.

В агроценозах послеуборочные растительные остатки служат субстратом и основным энергетическим и трофическим источником для почвенной микрофлоры, поэтому являются существенным фактором, контролирующим ее деятельность в пахотных почвах. Внесение соломы и минеральных удобрений, обеспечивая дополнительное поступление свежего органического вещества и питательных элементов, в значительной степени может влиять на численность, активность, биомассу, а также структуру и соотношение эколого-трофических групп почвенных микроорганизмов. Почвенная биота очень чувствительна к антропогенным воздействиям, поэтому биологические параметры могут служить показателем состояния агроэкосистем при длительном применении удобрений и использоваться в качестве индикаторов изменений в почве [1].

В мировой науке в качестве индикаторов, отражающих уровень биологической активности и экофизиологическое состояние микробного сообщества, наиболее часто используются показатели численности эколого-трофических групп микроорганизмов, содержания микробной биомассы, а также соотношения между различными микробиологическими параметрами: коэффициенты минерализации, олиготрофности и олигонитрофильности, микробный фактор, показывающий долю углерода микробной биомассы в общем углероде почвы [2–4].

Для оценки биологических показателей немаловажно иметь ориентиры минимального и максимального их уровня, характерного для конкретных почвенно-климатических условий. Такими ориентирами и эталонами могут служить почвы бессменного пара, зональные целинные или длительно находящиеся в залежи почвы.

Цель исследований: дать оценку экологического состояния микробного сообщества пахотной дерново-подзолистой почвы после длительного внесения соломы и минеральных удобрений в сравнении с бессменным чистым паром (23 года) и 15-летней залежью.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили в длительном полевом опыте, заложенном на дерново-подзолистой супесчаной почве на опытном поле ВНИИОУ в 1996 г., в 4-ой ротации зернопропашного севооборота (чередование культур: озимая пшеница, люпин, картофель, ячмень, однолетние травы (люпин + овес). В данной работе рассматривали наиболее контрастные варианты опыта: 1) без удобрений (контроль); 2) N54P51K57 (среднегодовые дозы) – фон; 3) фон + солома; 4) солома.

Минеральные удобрения вносили ежегодно, солому заделывали в пахотный слой осенью после уборки зерновых и зернобобовых культур (озимой пшеницы, люпина, ячменя) по 3 т/га. Всего за период проведения опыта суммарная доза соломы составила 33 т/га. Исследования проводили под культурой картофеля (2014–2015 гг.), под который была внесена солома предшествующей культуры – люпина. Опыт заложен в 2-х полях с 4-кратной повторностью в пространстве, площадь делянок 42–47 м2.

Проводили сравнение биологического состояния почвы севооборота с длительно парующей почвой и многолетней залежью с преимущественно злаковым разнотравьем, которые условно были приняты за стандарты минимальной и оптимальной биологической активности в данных почвенно-климатических условиях.

Для оценки структурного и экофизиологического состояния комплекса почвенных микроорганизмов определяли следующие показатели: численность эколого-трофических групп микроорганизмов (ЭТГМ) методом учета на соответствующих питательных средах: аммонифицирующих – на мясо-пептонном агаре (МПА), амилолитических – на крахмало-аммиачном агаре (КАА), целлюлозоразлагающих – на среде Гетчинсона, нитрифицирующих – на водном агаре с аммонийно-магниево-фосфорнокислой солью, олиготрофных – на голодном агаре (ГА); олигонитрофилов – на безазотистой среде Эшби [5]; микробную биомассу (Смик) – регидратационным методом. Рассчитывали коэффициент минерализации (Км) – как отношение численности микроорганизмов, выросших на КАА, к численности микроорганизмов на МПА (КАА/МПА); коэффициент олиготрофности – как отношение численности микроорганизмов, выросших на ГА, к численности микроорганизмов на МПА (ГА/МПА); коэффициент олигонитрофильности – как соотношение численности микроорганизмов на среде Эшби и МПА [5], микробный фактор – как Смик/Собщ [4].

Математическую обработку экспериментальных данных проводили методом дисперсионного анализа по программе STATVIUA.

Результаты исследования и их обсуждение

В состав почвенной микрофлоры входят микроорганизмы с различными требованиями к условиям питания и источникам энергии. Зимогенная микрофлора превалирует на начальных стадиях разложения органических субстратов, трансформируя сложные соединения до мономеров, которые становятся доступными для олиготрофов (олигонитрофилов и олигокарбофилов), использующих низкие концентрации питательных веществ. Количественные соотношения между ними зависят от экологических условий, в которых функционирует тот или иной микробный ценоз, главным образом от наличия доступного органического вещества.

По результатам исследований, наиболее благоприятные условия для развития зимогенной микрофлоры (гидролитиков, копиотрофов) были созданы при регулярном внесении соломы как в сочетании с минеральными удобрениями (вариант 3), так и без них (вариант 4). Так, численность аммонификаторов в этих вариантах опыта была даже выше, чем в залежи, в 1,40 и 1,37 раза соответственно. Почва пара, в которую более 20 лет не поступало органического растительного материала, характеризовалась минимальными значениями численности этой группы микроорганизмов. В пахотном слое почвы севооборота без внесения удобрений количество аммонификаторов было выше по сравнению с паром в 1,7 раза, что объясняется ежегодным поступлением корне-пожнивных остатков выращиваемых культур (табл. 1).

Доля углерода микробной биомассы в общем содержании органического углерода, или микробный фактор (Смик/Сорг), рассматривается как индикатор доступности субстрата для почвенных микроорганизмов. Повышение его значения указывает на закрепление углерода в микробной биомассе.

В данном исследовании многократное внесение соломы способствовало обогащенности почвенного органического вещества микробным углеродом и увеличению доли Смик в Сорг до 6,92–7,22 % (табл. 2). При смене землепользования и переводе пахотной почвы в залежь увеличилось как содержание Смик – до 650 мг/кг, так и доля его в составе почвенного углерода – до 7,66 %. Доля микробной биомассы в составе гумуса уменьшалась в ряду: залежь – фон + солома – солома – без удобрений – минеральные удобрения – пар. В научной литературе подтверждается, что в почвах с более высоким ежегодным поступлением растительного материала формируется больше микробной биомассы на единицу органического вещества [9]. Этот экофизиологический коэффициент (Смик/Сорг) обычно связывают с устойчивостью микробного сообщества и почвы в целом. На примере исследованного ряда отчетливо видно, что устойчивость комплекса почвенных микроорганизмов возрастает с увеличением входа органического вещества. В научной литературе также подтверждается, что увеличение входа органического вещества способствует увеличению этого коэффициента [9, 10].

Заключение

Проведенное исследование позволило установить, что регулярная заделка соломы способствовала увеличению численности не только зимогенной, но и олиготрофной группы почвенных микроорганизмов, однако коэффициенты олиготрофности и олигонитрофильности в этих вариантах были ниже за счет относительно более высокой численности микроорганизмов-копиотрофов, активно растущих при обогащении почвы доступным органическим веществом. Высокие показатели численности микроорганизмов, использующих минеральные формы азота (на ср. КАА), и коэффициента минерализации при ежегодном внесении минеральных удобрений могут свидетельствовать о превалировании минерализационных процессов над аккумулятивными, что не способствует закреплению органического вещества в почве. Залежь по сравнению с пахотной почвой представляет более устойчивую систему, микробное сообщество которой эффективнее расходует органическое вещество, в большей степени секвестирует его в микробной биомассе, что способствует его сохранению в почве. Длительно парующая почва, находясь в условиях ограниченности ресурсов для роста микроорганизмов, представляет в микробиологическом отношении олиготрофную экосистему с низкими значениями всех измеренных биологических показателей. В севообороте наиболее благоприятные условия для микробного сообщества, способствующие повышению его устойчивости и накоплению органического вещества, складываются при систематической заделке соломы зерновых и зернобобовых культур на фоне ежегодного внесения средних доз минеральных удобрений.

Библиографическая ссылка