Введение к работе
В проекте ЦК КПСС к XXV съезду партии отмечается, что главной задачей сельского хозяйства в десятой пятилетке является увеличение среднегодового объема производства зерна и других сельскохозяйственных культур. Одним из резервов для достижения этой цели является максимальное расширение посевных площадей за счет осушения избыточно увлажненных почв, которые занимают обширную территорию нашей страны.
Известно, что мелиорация почв временного и постоянного избыточного увлажнения заключается, прежде всего, в улучшении газового режима. Однако, согласно исследованиям В. Р. Вильямса (1949), С. П. Костычева (1949), С. П. Яркова с соавторами (1950), И. С. Кауричева с соавторами (1960), И. П. Гречииа (1965), В. Ф, Непомилуева с соавторами (1970) и других, изменение условий аэрации приводит к значительным изменениям в минеральной и органической частях почвы. Так, при смене анаэробных условий аэробными уменьшается подвижность элементов с переменной валентностью (Fe, AI, Мп), а вместе с этим изменяется и доступность растениям элементов питания. При увеличении концентрации кислорода в почвенном воздухе возрастает скорость разложения растительных остатков, изменяется характер гумуса, образующегося при этом (Кононова, 1951).
Известно, что большинство процессов, происходящих в почве (разложение и синтез органических веществ, переход окисных .соединений в закисные и др.), связано с деятельностью микроорганизмов, активность которых, в свою очередь, зависит от физико-химических свойств почвы, в том числе и аэрации.
В литературе имеются данные о влиянии газовой фазы почвы на численность и активность микроорганизмов (Ново-грудский, 1946; Костычев, 1949; Вильяме, 1949;' Работнова, 1957; Пошон и де Баржак; 1960; Erikson, 1953; Mitchell, Alexander, 1962 и др.). Однако этот вопрос остается еще недостаточно изученным. Между тем разработка методов регулирования процессов накопления и превращения в почве пи-
- f l"ti " . . .. ч « .. » J
h ' . "'
тательных элементов при проведении мелиоративных мероприятий требует установления точной зависимости между уровнями аэрации, численностью микроорганизмов и направленностью биохимических процессов, связанных с их деятельностью.
Вопрос обеспеченности растений воздухом при разных уровнях увлажнении почвы также недостаточно отражен в литературе. Большая значимость н слабая изученность указанных вопросов послужили основанием для установления связи между фиксированными уровнями аэрации (влажности) и характером жизнедеятельности аэробных и анаэробных микроорганизмов, а также ростом растений.
В задачу наших исследований входило:
-
Изучить жизнедеятельность аэробных и анаэробных микроорганизмов при различных условиях аэрации.
-
Показать возможность использования математического планирования эксперимента (на примере двухфакторных опытов) для установления связи в виде уравнений регрессии между численностью микроорганизмов в почве (дерново-нодзоли-стой, черноземе типичном), уровнями аэрации и внесенным органическим веществом.
-
Выяснить влияние разных уровней аэрации на биохимические процессы, в частности, на характер превращения растительных остатков и трансформацию соединений азота в различных почвах.
-
Изучить влияние разных уровней аэрации на рост растений н интенсивность поглощения кислорода почвой н корнями.
Общая характеристика объектов и методика проведения исследований
Определенный уровень аэрации в полевых условиях трудно создать и контролировать. Поэтому изучение влияния аэрации на микробиологические процессы в.почве мы проводили в лабораторных условиях.
В качестве объектов исследования служили пахотные горизонты следующих почв: 1) дерново-подзолистой средцесу-глинистой па двучленных отложениях (совхоз Дубки, Московская область); 2) дерново-подзолистой легкосуглннистои на моренном суглинке (Опытная станция полеводства, ТСХА); 3) чернозема типичного тяжелосуглинистого на карбонатном лессовидном суглинке (учхоз им. М. И. Калинина, Тамбовская область).
В таблице 1 приведены некоторые характеристики исследованных почв.
Почвы, взятые для опыта, резко отличаются по своим морфологическим и химическим свойствам. Так, дерново-подзо-
Краткая характеристика исследованных почв
Таблица 1
Глубина взятия образца, см
Примечание: химические анализы чернозема типичного выполнены И. В. Кузьминой (1973).
листые почвы — малогумусны, рНн.о —слабокислый. Напротив, чернозем отличается высоким содержанием гумуса и имеет слабощелочную реакцию почвенного раствора.
Воздушно-сухую почву, из которой были отобраны видимые органические остатки, просеивали через сито с диаметром отверстий 3 мм и помещали в стеклянные стаканчики с известным объемом (40—50 мл).
Уровни аэрации (50, 40, 20, 10, 5 и 0%' от объема почвы) создавали путем различного уплотнения и увлажнения. Сроки компостирования — от 12 до 120 дней. Температура инкуба-щш—т-20±2.
В качестве дополнительных источников питания для микроорганизмов в почву вносили крахмал (0,5; 1% к сухому весу почвы), а также измельченную массу клевера н соломы озимой пшеницы (в отношении 1:20).
Учет общего количества сапрофитных микроорганизмов проводили на твердых питательных средах методом глубинного посева. Изучали следующие группы микроорганизмов: гнилостные бактерии на мясо-пелтонком агаре {МПА) и на глн-церо-мясо-пептонном агаре {ГМА); спорообразующие — но МПА + сусло-агар; бактерии, использующие минеральный азот, а также общее количество актиномицетов на крахмало-аммн-ачном агаре (КАА); общее количество грибов — на среде Ча-пека-Докса с добавлением молочной кислоты; аэробные пел-люлозораэрушающие микроорганизмы — на агаре Ривьера; анаэробные целлюлозоразрушающие микроорганизмы — на среде Мюллера.
Бактерии отдельных физиологических групп учитывали методом титра на соответствующих питательных средах: нитрифицирующие бактерии — в жидкой среде В шюгр адского; де-ннтрнфикаторы— на среде Гильтая. Лзотфикснрующие аэробные микроорганизмы выявляли на среде Эшби методом поверхностного высева почвенной суспензии. Приготовление сред для учета вышеперечисленных групп микроорганизмов про-'. водили по Л. Г. Родиной (1965).
Общее количество маслянокислих бактерий определялось на МП Б с 2% глюкозы, 1% СаСОз и 0,04% нейтральрота (Ем-цев, 1965). При определении видового состава маслянокислих и ацетонобутнловых бактерий использовали оптимально днф-ференинальныесреди (Емцев, 1965; Емцев, Львов, 1968). Микроорганизмы, участвующие в превращении пектина, подсчитывали по методу Кайзера в модификации В. Т. Емцева и О. Д. Сидоренко (1968). CI. perfringens учитывали по Н. Н. Мазо-хнной-Поршниковой и Л. П. Найденовой (1972)..
Повторность микробиологических анализов — 6-кратпая (исключение — опыт продолжительностью 120 дней, где по-: вторность — 3-кратная).
Полученные данные обработаны статистически с использованием дисперсионного, регрессионного анализов, а также с применением таблиц Мак-Креди.
; Обшую микробиологическую активность (по поглощению кислорода и выделению углекислого газа) определяли на аппарате Варбурга. модифицированной конструкции,,, которая позволяет определять интенсивность дыхания в образцах^почвы с ненарушенной структурой (Игнатьев, 1972).
Для оценки окислительно-восстановительных условий в почве определяли окислительно-восстановительный потенциал. Измерения вели в пятикратной повторності! на потенциометре рН-340 с использованием каломельного и.платинового проволочного электродов (Сердобольскнй, 1965).
Нитратный азот определяли спектрофотометри чески при л=220 ни.; аммиачный азот — фото колориметрически с реактивом Несслера (Борисова, 1968)..Повторность определения — трехкратная.
Биохимические анализы растительной массы проводили по схеме Кизеля (Кононова, 1951). Повторность определения двукратная,
