Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Свойства и применение вермикомпоста в севообороте на разных типах почв 9
1.1 Вермикомпостирование как способ повышения плодородия почв и утилизации органических отходов 9
1.2 Агрохимические и микробиологические свойства вермикомпоста 12
1.2.1. Агрохимические свойства вермикомпоста 12
1.2.2. Микробиологические свойства вермикомпоста 17
1.3. Влияние ПН, ВК и минеральных удобрений на агрохимические и микробиологические показатели почв агроценозов 22
1.4. Картофель. Биологические особенности 28
1.4.1. Влияние органических и минеральных удобрений на урожайность и качество клубней картофеля 30
1.5. Особенности вермикомпоста, получаемого из навоза КРС 33
1.6. Экономическая оценка вермикомпостирования и эффективность применения ВККРС 36
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 41
2.1. Полевой опыт на серой лесной почве 41
2.2. Полевой опыт на аллювиальной серогумусовой глееватой почве.. 42
2.3. Агрохимические методы 43
2.4 Микробиологические методы 44
2.4.1. Посев на селективные среды 44
2.4.2. Определение состава микробного сообщества методом газовой хроматографии - масс-спектрометрии по липидным профилям и маркерам суммарной биомассы 48
ГЛАВА 3. Свойства полуперепревшего навоза ивермикомпоста 50
3.1. Агрохимические показатели ПН и ВК 50
3.2. Микробиологические свойства органических удобрений 53
ГЛАВА 4. Влияние органических удобрений на агрохимические и микробиологические свойства серой лесной среднесуглинистои и аллювиальной серогумусовои глееватой почвы 56
4.1. Агрохимическая характеристика серой лесной среднесуглинистои и аллювиальной серогумусовои глееватой почвы 56
4.1.1. Агрохимическая характеристика серой лесной среднесуглинистои почвы 56
4.1.2. Агрохимические свойства аллювиальной серогумусовои глееватой почвы 58
4.2.1. Микробиологическая характеристика серой лесной почвы 64
4.2.2. Микробиологическая характеристика аллювиальной серогумусовои глееватой почвы 69
ГЛАВА 5. Влияние органических и минеральных удобрений на урожай ii качество картофеля 81
5.1. Урожайность картофеля на серой лесной почве и эффективность применения органических удобрений 81
5.2. Урожайность картофеля на серогумусовои глееватой почве и эффективность применения органических удобрений 82
5.3. Анализ качества клубней картофеля при применении различных удобрений 85
Выводы 94
Список литературы 97
- Агрохимические и микробиологические свойства вермикомпоста
- Особенности вермикомпоста, получаемого из навоза КРС
- Микробиологические свойства органических удобрений
- Микробиологическая характеристика серой лесной почвы
Введение к работе
Один из перспективных способов утилизации органических отходов и получения качественного удобрения является вермикомпостирование - процесс переработки органических отходов с использованием дождевых червей (в частности, Eisenia foetida) [Mitchell et al., 1980]. При этом вермикультура существенно снижает отрицательные показатели таких отходов и делает возможным их использование в агроэкосистемах [Atiyeh, et al., 2001а].
Вермикомпост (ВК) обладает неоспоримыми положительными качествами по сравнению со многими видами органических удобрений. В нем сконцентрированы и находятся в доступной форме для растений все необходимые для нормального роста и развития растений питательные макро- и микроэлементы: N, Р, К, Са и др. Вермикомпост является богатым сбалансированным микробиологическим субстратом, в котором наблюдается аэробно-анаэробное равновесие [Кубарев, Верховцева, и др. 2004]. В нем присутствуют вещества, стимулирующие ростовые процессы растений [Saciragic, Dzelilovic, 1986; Tomati et al., 1987; Hidalgo, 1999]. Он обладает структурой, которая оказывает благоприятное воздействие на воздушно-водный режим почвы. В сравнении с исходным субстратом, в частности, с полуперепревшим навозом (ПН) он транспортабелен, компактен и не имеет неприятного запаха. Применение вермикомпоста в сельском хозяйстве сокращает использование минеральных удобрений, снижает засоренность полей, позволяет получать высокие урожаи экологически чистой продукции [Умпелев, 1997].
Однако существует мнение, что вермикомпост является потенциально опасным удобрением за счет увеличенного содержания фитопатогенных грибов, которые развиваются в процессе его получения.
В тоже время имеются работы, в которых показана экологическая безопасность внесения ВК в почву [Громова, Палий, 1994] и положительный экономический эффект [Еремин, 2000]. Учитывая экологическую значимость и эффективность ВК при использовании под многие виды культур на разных типах почв, этот продукт продолжает привлекать исследователей, как объект изучения в разных аспектах, многие из которых изучены недостаточно.
Так, небольшое количество работ посвящено изучению микробного разнообразия [Громова, Палий, 1994; Мерзлая и др., 1994, 1996; Терещенко и др.,1994, 2002; Быкин, 1997; Кузьмина, 2005; Edwards, 1983, 1988, Edwards et al., 1988, 1988a, 1992; Atiyeh et al., 2000a,b, 2001, 2001a, 2002] благодаря которому в такой степени улучшаются свойства органических отходов, являющихся основой для их получения, а также воздействию вермикомпостов на микробоценоз почв агроэкосистем и его продуктивность [Петриченко, 1999]. По литературным данным [Косолапов, Уханова, 1998; Еремин, 2000] наибольший экономический эффект имеет получение ВК из навоза крупного рогатого скота (КРС), однако неизученными являются дозы, сроки и способы внесения ВКкрс, под культуры севооборота на разных типах почв. В связи с этим, целью нашего исследования была агроэкологическая оценка вермикомпоста на основе полуперепревшего навоза крупного рогатого скота, применяемого на разных типах почв в агроценозе.
В соответствии с поставленной целью решали следующие задачи:
1. Изучить агрохимические и микробиологические свойства
органических удобрений: ПНкрс и ВКкрс-
2. Оценить изменение агрохимических показателей серой лесной
почвы и аллювиальной серогумусовой глееватой почвы (Владимирская
обл.) при внесении органических и минеральных удобрений при
выращивании картофеля и викоовсяной смеси;
3. Изучить действие и последействие ПН, ВК, минеральных
удобрений и растений (картофель, викоовсяная смесь) на структуру
микробного сообщества и направленность микробиологических процессов
в почве агроценоза;
Определить коэффициент минерализации (Кмин) органического вещества почвы при применении минеральных и органических удобрений;
Оценить влияние вносимых удобрений на качество клубней картофеля; определить оптимальные дозы ВК и выяснить эффективность его совместного применения с минеральными удобрениями под картофель.
Научная новизна. В работе впервые дана комплексная оценка агрохимических и микробиологических свойств ПНкрс и конечного продукта вермикомпостирования ВКкрс- Проведено сравнительное изучение влияния удобрений на микробоценоз почвы благодаря использованию молекулярного метода газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС). Доказана эффективность совместного применения вермикомпоста с минеральными удобрениями при прямом действии под картофель и при последействии под викоовсяную смесь.
Практическая значимость. Проведена агроэкологическая оценка ПН и ВК и даны рекомендации по оптимальным дозам под картофель и викоовсяную смесь, н*^- - ис' "л
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены на следующих международных, всероссийских и региональных съездах и конференциях:
Международная конференция «Ломоносов-2002» (Москва, 2002);
2-ая Международная конференция «Дождевые черви и
плодородие почв» (Владимир, 2004);
II Международная научно-практическая конференция «Человек и
животные» (Астрахань, 2004);
Всероссийская научная конференция «Экология и биология почв» (Ростов, 2004);
1st General Assembly of European Geosciences Union (Франция, 2004);
Список работ, опубликованных по теме диссертации: 1- Кубарев Е.Н.. Верховцева Н.В., Кузьмина Н.В., Матвеева А.Ю., Корчагин А.А. Влияние вермикомпоста на основе крупного рогатого скота на микробоценоз и продуктивность серой лесной почвы при выращивании картофеля // Экология и биология почв. Материалы международной научной конференции, Ростов-на-Дону, 22-23 апр.2004. -Изд-во ООО «ЦВВР», 2004. -С.151-154.
Кубарев Е.Н.. Верховцева Н.В., Кузьмина Н.В. Микробиоценоз кишечного тракта Eisenia foetida в зависимости от субстрата // Материалы II Международной научно-практической конференции «Человек и животные». - Астрахань, 2004. - С.214-217.
Kubarev Е.. Rutkovskaia О., Verkhovtseva N., Stepanov N., Kuzmina N. Methanogenesis and microbial community structure of grey forest soil under manure and nitrogen fertilizers application [Electronic resource]: -European Geosciences Union, Vol.6, 07437, 2004. - 1 electronic optical disc (CD-ROM). -System requirements: Windows 95, 98, Me, NT4, 2000, XP, 64 MB or more of installed RAM, Webbrowser with Adobe Reader Plugin. -Geophysical Research Abstracts. - ISSN: 1029-7006.
E. Kubarev. N.Verkhovtseva, N.Kuzmina, A. Matveeva. Vermicompost as Ecological Alternative to Improve soil Microbial Stable Development II Conference «Eurosoil 2004», Freiburg, Germany, 2004. -Abstracts.-P.431.2.
Рутковская O.M., Кубарев E.H.. Кузьмина Н.В. Структура микробного сообщества серой лесной почвы при применении различных систем удобрений // Региональный сборник научных трудов молодых
ученых «Современные проблемы биологии, экологии, химии» / Под редакцией д.х.н., проф.В.Н. Казина. - Яросл.гос.ун-т, Ярославль, 2003. - С. 77-80.
Верховцева Н.В., Кузьмина Н.В., Кощенкова Н.Е., Кубарев Е.Н., Осипов Г.А. Структура микробного сообщества кишечного тракта Eisenia foetida и возможность ее регулирования // Материалы II международной конференции «Дождевые черви и плодородие почв». -Владимир, 2004. - С.30-32.
Верховцева Н.В., Кузьмина Н.В., Кубарев E.FL Никифорова О.В., Титов И.Н. Микробиологический анализ жидкой органической подкормки для растений «Гумистар-Грин-ПИКъ» // Материалы II международной конференции «Дождевые черви и плодородие почв». -Владимир, 2004.-С.166-167.
Селиверстова О.М., Верховцева Н.В., Степанов Н.Л., Кузьмина Н.В., Кубарев Е.Н. Влияние различных систем удобрений на серой лесной почве на эмиссию СН4, СОг и структуру микробного сообщества // Сб. научн. Трудов. - Изд-во МГУ, 2004. - С.229-234.
Verkhovtseva N., Milanovskiy Е., Osipov G., Kuzmina N., Kubarev E. Humus substance and microbial community of soil texture and ped fractions [Electronic resource]: - European Geosciences Union, Vol.6, 07385, 2004. - 1 electronic optical disc (CD-ROM). - System requirements: Windows 95, 98, Me, NT4, 2000, XP, 64 MB or more of installed RAM, Webbrowser with Adobe Reader Plugin. - Geophysical Research Abstracts. - ISSN: 1029-7006.
Кубарев E.H.. Верховцева H.B., Корчагин А.А. Применение вермикомпоста при выращивании картофеля // Плодородие. №1 (34). 2007. С. 28-29.
11. Верховцева Н.В., Кубарев Е.Н.. Минеев В.Г. Агрохимические средства в поддержании структуры микробного сообщества почвы // Доклады РАСХН. №2. 2007. С. 26-28.
Агрохимические и микробиологические свойства вермикомпоста
Готовый вермикомпост представляет собой однородную органо-минеральную массу от темно-серого до черного цвета с хорошо выраженной мелкозернистой структурой, с большим количеством растительных и животных остатков различной степени гумификации. Вермикомпост - это материал, подобный торфу, с высокой пористостью, аэрацией, дренажом и водной вместимостью [Edwards et al, 1988; Nardi et al, 1988]. По данным зарубежных авторов преимущество ВК по сравнению с компостами заключается в следующем: быстрое дезодорирование отходов в процессе вермикомпостирования [Tomati et al., 1988], ускоренный процесс разложения и минерализации органического вещества, уменьшение объема сырья, более глубокое обеззараживание отходов.
Химический состав вермикомпоста значительно варьирует, что связано с широким набором органического сырья, из которого его получают, а также зависит от параметров вермикультивирования [Crawford, 1983; Subler et al., 1998]. По основным агрохимическим показателям (рН, зольность, содержание азота, фосфора, калия) вермикомпост схож с подстилочным навозом [Мерзлая, Афанасьев, 1999]. По данным лаборатории органических удобрений ВНИИА вермикомпосты содержат от 33 до 63% влаги, в сухом веществе - от 16 до 66% органического вещества (потери при прокаливании), от 0,6 до 1,4% общего азота, от 0,1 до 0,2% аммонийного азота, от 0,4 до 2,7% общего фосфора, от 0,5 до 1,9% общего калия при рН 6,5-7,7 и C:N, равном 8-25 [Мерзлая, 2004]. По данным зарубежных исследователей в ВК в среднем содержится в процентах органического вещества 24 - 64, углерода -12 - 29, общего азота - 0,8 - 3, фосфора - 0,5 - 5, К2О - 0,3 - 2,5 [Pussard, 1983]. Некоторые работы показывают более высокое содержание N, Р, К и микроэлементов в ВК [Jambhekar, 1992; Delgado et al, 1995]. С другой стороны, содержание питательных элементов в вермикомпосте не намного больше или столько же, как и в исходном субстрате [Shinde et al., 1992; Talashilkar et al, 1999]. По данным института биохимии и экофизиологии растений (г. Рим) ВК обеднен азотом, так как он расходуется на построение биомассы червей. Вместе с тем некоторые исследователи обнаруживают значительное увеличение его содержания в вермикомпосте по сравнению с исходным сырьем. Это явление они объясняют ростом численности азотфиксирующих бактерий в копролитах червей [МЬа, 1983]. Отмечается незначительное повышение содержания общего азота, несмотря на использование его червями в качестве строительного материала, происходящее за счёт утилизации червями небелковых форм азота, которые представляют собой продукты жизнедеятельности микроорганизмов, и частично за счёт отмирания биообъектов, в теле которых аккумулирован азот [Филиппова, 1998]. Далее, за счет увеличения минерализации органического азота и происходит повышение концентрации NH/ в ВК. В других источниках указано, что вермикомпосты содержат низкие концентрации аммонийного азота и высокие нитратного азота [Битюцкий и др., 1998]. Для компостов характерна обратная тенденция [Subler et al., 1998].
В ВК растет сбалансированность NPK, а также содержание кальция из-за активной работы известковых желез у червя, что, в свою очередь, ведет к увеличению значений рН среды. Изучение ВК показало, что они отличаются относительно высокой емкостью поглощения 40-60 мг-экв/100г почвы [Atiyeh et al, 2000]. Элементы питания в биогумусе находятся в форме органических и органоминеральных соединений, что, в отличие от минеральных солей, исключает создание в почвенном растворе токсичных для растений концентраций отдельных веществ [Сидоренко, Черданцев, 2001]. Как правило, в ВК более высокое содержание подвижного фосфора, обменного калия, кальция и магния по сравнению с исходным субстратом [Tomati et al, 1986; Daniel, Anderson 1992; Lavelle et al., 1992; Basker et al., 1993], хотя в некоторых работах отмечают обратные тенденции [Битюцкий и др., 1998]. Одним из лимитирующих факторов применения органических удобрений, является содержание в них тяжелых металлов (ТМ). Для того чтобы уменьшить негативное воздействие ТМ на растения и избежать накопления в пищевых цепях, их подвергают вермикомпостированию [Malley,Nair,Ho,2005]. Содержание тяжелых металлов, находящихся в доступной форме для растений, в ВК находится в концентрации ниже среднефоновых для почв и составляет (в мг/кг): РЬ 4-20; Си 15-40; Cd не более 0,5; Ni 3-20; Со 2-Ю. Тяжелые металлы в вермикомпосте образуют преимущественно соединения, которые при рН около 7,0 находятся в малодоступной для растений форме [Лазарчик и др., 1999]. Показано, что в процессе вермикомпостирования происходит снижение содержания ТМ, которое зависит от количества аккумулированных ТМ в теле червей, связанных с их биологическими особенностями [Касатиков и др., 1995; Петрова, 1996]. В частности, показано, что в вермикомпосте заметно уменьшается содержание легкодоступной фракции ТМ [Решецкий, 2004]. Так, в результате метаболических процессов в теле червя Е. foetida, накопившиеся соединения Сг (VI) редуцируются в соединения Cr (III) [Kavindra et al., 2004].
Стадник указывает, что при переработке навоза в вермикомпост снижается концентрация 137Cs, 40К [Стадник, 1994]. Однако, есть мнение, что, несмотря на способность червей накапливать ТМ, содержание последних в образующемся из отходов ВК не снижается. Наоборот, оно несколько возрастает, что связано с интенсификацией микробиологической деятельности, способствующей высвобождению металлов [Fleckenstein, Graff, 1982]. В вегетационных опытах навоз как снижал, так и повышал содержание радионуклидов в почве. На это оказывали влияние доза навоза, первоначальная радиоактивность и химический состав почвы. Внесение ВК способствовало снижению в ней уровня радиации [Стадник, 1994]. По утверждению Д.С. Орлова и других авторов (1996), вермикомпосты по некоторым химическим показателям близки к черноземам или лугово-черноземным почвам. При этом содержание органического углерода составляет 5,4 - 9,8%, отношение Сгк : Сфк высокое (1,17 - 2,67), содержание гуминовых кислот (Сгк : Собщ) равно 17 - 37 %, водорастворимого органического вещества - 0,1%. Органическое вещество ВК относится к фульватно-гуматному и иногда к гуматному типу [Городний и др., 1990]. Глубина гумификации в ВК гораздо выше, чем в торфо-навозных компостах и навозе. Содержание углерода во время вермикомпостирования уменьшается, по сравнению с его содержанием в полуперепревшем навозе КРС, что указывает на активно протекающие процессы минерализации органического вещества [Lavelle et al., 1992].
Особенности вермикомпоста, получаемого из навоза КРС
Агрохимические свойства вермикомпоста зависят от состава органического сырья, используемого при приготовлении исходного субстрата для вермикомпостирования. Вермикомпост на основе навоза КРС является оптимизированным органическим удобрением [Kaushik et al., 2004]. Его агрохимические и санитарно-бактериологические показатели соответствуют требованиям, приведенным в таблице 2. Исследователи отмечают, что в ВККРС наблюдается равномерное распределение водопрочных агрегатов по фракциям. ВК по сравнению с обычными компостами более гомогенны и обладают большей водоудерживающей способностью. Дождевые черви оказывают влияние на обогащение вермикомпостов ценными в агрономическом отношении агрегатами в средних фракциях 10-7, 7-5, 5-3, 3-2 мм и обеднение агрегатами фракции больше 10 мм [Калинина и др., 1998,2002]. Особую ценность ВК придает гумус. Его содержание колеблется от 5,6 до 17,6% на сухое вещество. Коэффициент гумификации вермикомпоста на основе навоза КРС достигает 25%, в то время как в исходном навозе он не превышает 10% [Касатикова, Касатиков, 2002]. В вермикомпосте на основе КРС количество семян сорных растений существенно ниже, чем в исходном субстрате Важной характеристикой вермикомпоста как экологически чистого удобрения является его макро - и микроэлементный состав, а на него оказывает прямое влияние химических состав исходного органического субстрата. Вермикомпост, полученный из навоза крупного рогатого скота характеризовался увеличенным содержанием золы (с 14 до 18-25%), азота, фосфора, кальция, магния, меди и цинка. В вермикомпосте, полученном после переработки навоза КРС, отмечено наиболее высокое содержание Мп (94-148 мг/кг) и Fe (74-195 мг/кг), меньшее Zn, S, В, а количество Со и Си не превышало 1 мг/кг [Повхан, 1994]. Проведенные исследования в НИИ плодовых культур России показали, что вермикомпост по валовому содержанию питательных веществ превосходит другие виды органических удобрений. Отношение C/N в вермикомпосте зависело от его фракционного состава и изменялось от 7,3 до 20,6, что обеспечивало высокую активность биологических процессов в почве.
В вермикомпосте из навоза КРС отмечается наиболее активный рост свободноживущего аэробного азотфиксатора Azotobacter chroococcum, участвующего в обогащении ВК азотом [Лазарчик и др., 1999; Филиппова, 2002]. В последние годы в связи со стремительным снижением поголовья скота и птицы, ростом цен на минеральные удобрения и энергоносители особенно остро ощущается недостаток органических удобрений. В этих условиях внесение данных удобрений в дозах 40-60 т/га, соответствующих 200 кг/га азота, экономически не оправдано даже высокими прибавками урожаев. Складывается парадоксальная ситуация - самый дешевый вид удобрений стало невыгодно использовать из-за высокой стоимости энергетических затрат на его производство, доставку и внесение [Зеников, Харламов, Цветкова, 1996]. Исследования ВНИПТИОУ показывают, что для воспроизводства гумуса в пахотных почвах необходимо вносить 840 млн т органических удобрений, или свыше 6 т/га в пересчете на подстилочный навоз [Еськов, Новиков, 1998]. Однако в последние годы объемы применения органических удобрений снизились, особенно в тех регионах, где большой удельный вес занимали торф и торфонавозные компосты. Причины снижения внесения органических удобрений кроются и в резком увеличении затрат на их использование, общем ухудшении экономического положения хозяйств. Поэтому основная задача научных исследований на современном этапе - поиск новых подходов к воспроизводству плодородия почв и альтернативных источников органо-содержащих материалов, а также создание энергосберегающих, экономически эффективных технологий их переработки и применения в качестве удобрений [Edwards, Bater, 1992; Senapati, Julka, 1993].
Проблему нужно решать одновременно с поиском путей сокращения непроизводственных потерь органического вещества и совершенствования технологий подготовки, хранения, производства и использования органических удобрений из традиционного сырья. Необходимость таких работ подтверждает тот факт, что потери питательных элементов и органического вещества на всех этапах подготовки существующих технологий производства органических удобрений могут доходить до 35% [Еськов, Новиков, 1998]. Применение вермикомпоста экономически более выгодно, чем использование навоза. Известно, что внесение навоза требует больших материальных затрат, зависит от погодных условий, усиливает засоренность полей, при несвоевременной заделке в почву наблюдаются большие потери азота и других питательных веществ. Затраты на применение вермикомпоста в 3-4 раза меньше, чем навоза, за счёт более низких норм и оптимизации способов его внесения. Расходы на производство биогумуса перекрываются сокращением затрат на его
Микробиологические свойства органических удобрений
Важными параметрами изучения свойств ВК и ПН является: численность микроорганизмов и структура микробоценоза. Считается, что вермикультура усиливает процессы минерализации органического вещества [Kandeler, Luxhoi, Tscherko, 1999]. Действительно, коэффициент минерализации - Кщш (КОЕКАА / КОЕМПА) увеличивается в полтора раза по сравнению с ПН. Количество микроорганизмов в ВК, вырастающих на ПА (аммонификаторов), уменьшается в два раза по сравнению с ПН, что естественно, так как доступное органическое вещество в ВК уменьшается. Количество азотфиксирующих микроорганизмов, вырастающих на среде Эшби, в ВК более чем в два раза больше, чем в ПН. По-видимому, это связано с тем, что в ПН по сравнению с ВК, находится большая концентрация ионов NtV, которые выступают субстратным ингибитором для азотфиксаторов. Потеря аммонийного азота в процессе компостирования навоза и вермикомпостирования приводит к необходимости подключать нитрогеназный ферментный комплекс у многих микроорганизмов, способных к азотфиксации для обеспечения себя азотом. Кроме того, как было показано в ряде публикаций, в ВК увеличивается и количество свободноживущего аэробного азотфиксатора Azotobacter chroococcum, участвующего в обогащении ВК азотом [Лазарчик и др., 1999; Филиппова, 2002]. Одним из экологических требований, предъявляемых к вермикомпостам, является отсутствие патогенных микроорганизмов. В связи с этим мы осуществляли контроль на наличие санитарно-опасных видов бактерий, в частности, Escherichia coli. Результаты эксперимента показали, что ВКкрс не содержит кишечную палочку согласно градации по степени загрязнения объектов окружающей среды [Борисов и др., 1993]. Исследование общей численности микроорганизмов методом ГХ-МС показало, что ПН и ВК характеризуются высокой численностью (109 -1010 кл/г). Причем, микробиологический состав органических удобрений существенно различается.
Так, видовое разнообразие ПН достаточно велико — 44 вида и таксономических групп микроорганизмов (Прил. табл. 4). Однако заметно выделяются по численности в сообществах только несколько групп. Это такие анаэробные роды как Enterococcus и Ruminicoccus (их численность около 1010), Bytirivibrio и Eubacterium (109) и факультативно анаэробный род Lactobacillus (Ю9). В целом, анализ сообщества ГТНкрс характеризует его как анаэробный, так как количество аэробных видов по сравнению с анаэробными невелико. Присутствие аэробных грамотрицательных бактерий (Acinetobacter sp., Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia, Flavobacterium sp.) и актиномицетов, в основном, Rhodococcus sp. и Streptomyces sp., которые относятся к активным гидролитикам и способны к окислению многих органических веществ до состояния полной минерализации (СОг и НгО), отмечено в микробоценозе в небольшой концентрации (около 5%). С этим связан замедленный процесс минерализации органического вещества компоста, характерный для микробного анаэробиоза Суммарная численность микроорганизмов (по данным ГХ-МС) в ВК почти в 8 раз ниже, чем в ПН (Прил. табл. 4), но остается достаточно высокой (109). Содержание микромицетов в составе сообщества микроорганизмов ВК также существенно ниже (в 6 раз). Примерно на 20% в ВК уменьшается и видовое разнообразие (35 вида микроорганизмов, вместо 44-х). Изменяются доминанты в сообществе - вместо доминирующего анаэробного Ruminicoccus (типичного представителя рубца жвачных животных) отмечаются другие анаэробные виды, свойственные кишечному тракту червей, которые обеспечивают им специфические трофические цепи. Доминирующая ассоциация представлена бактериями и дрожжами: Sphingobacterim spiritivorum-Candida sp. Однако в целом ценоз микроорганизмов остается анаэробным, т.к. 62% видов - это анаэробы или факультативные анаэробы. По представленным основным агрохимическим показателям (табл. 8) при рассмотрении контрольного варианта можно сказать, что исследуемая почва до внесения удобрений обеспечена достаточным количеством питательных элементов согласно общепринятым градациям [Минеев, 1990]. Внесение органических удобрений, как ВК, так и ПН существенно не отразились на основных агрохимических показателях почвы. Так, значения рН во всех вариантах опыта изменяются незначительно.
Такие показатели, как гидролитическая кислотность, сумма поглощенных оснований, существенных различий в зависимости от внесенных органических удобрений не показали. Содержание органического углерода в почве на вариантах опыта также практически не меняется.
Микробиологическая характеристика серой лесной почвы
Одной из проблем, связанной с внесением органических удобрений, является возможность быстрой минерализации органического вещества, что может привести к деградации гумуса почв и нарушению гомеостатического состояния агроценоза. За интенсивностью процесса минерализации следили по коэффициенту минерализации (Кмин) -отношению роста м/о на крахмало-аммиачной среде (КАА) к численности бактерий, вырастающих на богатой органическим веществом среде (ПА). При сбалансированном состоянии деградации и синтеза органического вещества этот коэффициент должен быть около единицы, что мы наблюдали в почве контрольного варианта (табл. 6). Внесение в почву минимальной дозы ВК и ПН60 обогащает ее как трудноразлагаемым органическим веществом, так и легкодоступным. В результате минерализационные процессы уравновешены (Кмин 1). В варианте с ВК в дозе 20 т/га, Кмин увеличивается почти в 3 раза относительно контрольного в основном за счет шестикратного снижения КОЕ, вырастающих на ПА, то есть аммонификаторов (табл. 13). Это свидетельствует о невысоком содержании в ВК доступных для деградации сапротрофами органических веществ. Содержание м/о, которых учитывали на КАА при посеве из этой почвы, самое низкое, однако, в два раза выше, чем вырастающих на ПА. В результате значение Кмин в варианте ВК 20 самое высокое (табл. 13, Прил. рис.1).
Увеличение Кмин при применении столь высокой дозы ВК на серой лесной почве, может привести к минерализации ее автохтонных гумусовых соединений. При агрохимическом и агроэкологическом обосновании применения средств химизации следует учитывать степень их влияния на микробиологические процессы и в первую очередь на изменение структуры микробного сообщества, т.е. на численность и соотношение основных таксономических групп микробного ценоза, а также на количество отдельных эколого-трофических групп микроорганизмов в почве [Быкин, 1997]. Учитывая данные достаточно большого количества публикаций, где показано, что при внесении навоза происходит значительное увеличение численности грибов в почве, ухудшается фитосанитарное состояние агроценоза [Третьякова и др., 1992], провели сравнительный анализ микробного сообщества почв во всех вариантах опыта. По данным ГХ-МС показано, что микробное сообщество серой лесной почвы представлено 44 видами, которые относятся к 31 родам (Приложение, табл. 5). При этом 26 видов встречаются во всех вариантах опыта. Актиномицеты (роды Nocardia, Rhodococcus, Streptomyces, Actinomadurd), бактерии: анаэробные клостридии с доминированием Clostridium pasteurianum, факультативные и облигатные анаэробы - два вида Bacteroides, Wolinella sp., Butyrivibrio sp., Ruminicoccus sp. Последний вид (облигатный анаэроб) является абсолютным доминантом во всех вариантах, кроме второго. Так, в варианте с 20 т/га ВК он занимает 30% в сообществе, в то время как во втором варианте - только 10%. В почве на всех делянках опыта соотношение аэробных видов к анаэробным составляет 2/3. Причем, численность актиномицетов достаточно высокая на всех вариантах (20 % от общей численности), а в почве с внесением 3 т/га ВК их более 25%.
Как известно, актиномицеты являются активными деструкторами сложных органических полимеров. В процессе их разложения актиномицеты выделяют в ризосферу большое количество питательных элементов, ферментов, биологически активных соединений и антибиотических веществ [Зенова, 1984; Звягинцев, 1986; Звягинцев, Зенова 2001]. Это способствует улучшению питательного режима картофеля. По общей численности вариант с внесением 3-х т/га ВК также «опережает» вариант с 20 т/га ВК на 30%. В нем отмечено повышенное количество таких «полезных» анаэробов, как бифидобактерии, и аэробов -автотрофных нитрификаторов, но более высокое содержание таких облигатных анаэробов как Butyrivibrio (три вида) и Eubacterium. Значение бифидобактерии в почве пока не изучено, но можно предполагать, что их способность в выработке ряда гидролитических ферментов [McBain, Macfarlane, 1998], которая создала столь высокий положительный статус этим бактериям в экологии человека, играет и в почвенных трофических цепях положительную роль. Бутиривибрионы, как известно, способствуют накоплению токсичной масляной кислоты. Эубактерии - как правило, могут расти на сложных, богатых органическими соединениями средах. Выделяют экзоферменты, расщепляющие макромолекулы (углеводы, белки) на составляющие мономеры. Образуют смесь кислот в том числе большое количество масляной, уксусной или муравьиной кислоты, с видимым выделением Иг, что влияет на окислительно-восстановительный потенциал [Определитель бактерий Берджи, 1997]. Следовательно, увеличение количества этих видов бактерий может потенциально играть как положительную роль - осуществлять деградацию сложных макромолекул в анаэробных условиях, поставляя субстраты для других видов микроорганизмов в трофических цепях, в конечном счете, улучшая условия питания растений, но могут и служить источником накопления токсичных метаболитов.
В первый год применения ВК в дозе 3 т/га этого не происходит, так как на этом варианте получена существенная прибавка урожая (табл. 16). Кроме того, необходимо обратить внимание на увеличение численности такого «агрессивного» по отношению к гуминовым веществам почв виду как Propionibacterium freudenreichii, который, как показано в публикациях последнего десятилетия [Coates et al.,1998; Benz et al., 1998], может приводить к деградации автохтонного органического вещества почв. Микроскопические грибы (Fungi) (в пересчете на относительные единицы) в самом большом количестве были отмечены в варианте с внесением навоза (их биомасса в 3,5 раза больше, чем на контрольном варианте), что согласуется с литературными данными об увеличении количества грибов в почвах агроценозов при применении навоза. Внесение 3 т/га ВК не приводит к существенному повышению биомассы грибов, на варианте с 20 т/га их количество увеличивается относительно контроля примерно в два раза (рис. 1).
