Содержание к диссертации
Введение
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6-24
1.1. Жизнедеятельность микроорганизмов в засоленных почвах 7-13
1.2. Жизнедеятельность микроорганизмов в мелиорируемых засоленных почвах 13-20
1.3. Синтетические полимеры в качестве мелиорантов
и возможность их микробиологической деградации 21-24
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 25-33
2.1. Объекты исследований 25-29
2.2. Краткая характеристика полимеров-мелиорантов .. 29-31
2.3. Методы исследований 31-33
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВЫ ПРИ ВНЕСЕНИИ МЕЛИОРАНТОВ (К-4, СОЛОМА, %h И ИІА) 34-120
3.1. Динамика численности физиологических групп микроорганизмов 34
а) Аммонифицирующие бактерии 34-35
б) Анаэробные азотфиксирующие бактерии 35-42
в) Денитрифицирующие бактерии 42-45
г) Аэробные целлюлозоразрушающие микроорганизмы 45-51
д) Анаэробные целлюлозоразрушающие микроорганизмы 51-57
3.2. Целлюлозолитическая (льняное полотно, солома) и протеазная активность почвы 58-68
3.3. Динамика содержания соединения азота в почве... 68-81
а) Динамика содержания легкогидролизуемого азота в почве 68-74
б) Динамика содержания аммонийного азота в почве 74-76
в) Динамика нитратного азота в почве 76-82
3.4. Зависимость биологической активности почвы от уровня минерализации почвенного раствора.. 82-93
4. БИБЛИОГРАФИЯ РАСТВОРИМЫХ ПОЛИАШШТОВ (ИІА) 94-121
4.1. Микроорганизмы-деструкторы растворимых по лиамфо ЛИТОЕ 98-100
4.2. Исследование продуктов микробиологической
трансформации растворимых полиамфоЛИТОЕ 101-121
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 122-127
СПИСОК ЛИТЕРАТУРА І28-І5І
ПРИЛОЖЕНИЕ
- Жизнедеятельность микроорганизмов в засоленных почвах
- Краткая характеристика полимеров-мелиорантов
- Динамика численности физиологических групп микроорганизмов
- Микроорганизмы-деструкторы растворимых по лиамфо ЛИТОЕ
Жизнедеятельность микроорганизмов в засоленных почвах
Засоленные почвы подлежат мелиорации, поэтому важно знать отношение их микроорганизмов к высоким концентрациям солей. Еще в 1913 г. C.B.Lipman (1913) показал, что Ha2S0. и NaCl токсичны для бактерий, но в небольших дозах оказывают стимулирующее действие. J,E.Greaves(I927), считает, что 2% раствор На2С03 наиболее вредно действовал на развитие микроорганизмов. Не все микроорганизмы одинаково устойчивы к засолению, А.И.Кореняко (1938) показала.что актиномицеты устойчивы к засолению и способны интенсивно развиваться при 2-5% содержании HaCl. Близкая к актиномице-там группа микроорганизмов - нокардии - также могут развиваться при высоких концентрациях хлористого натрия. Так, по данным Н.А. Красильникова (1938), Wocardia rubra развиваются при содержании в среде Ъ% HaCl и 7% Na2SO,. Этим, по-видимому, можно объяснить широкое распространение группы N.rubra в засоленных почвах. Штаммы K.citrea обладают еще более высокой солеустойчивостью, некоторые из них выдерживают 10% концентрацию хлористого натрия (Красильников, 1970),
Изучение исключительной солеустойчивости (галофии) микроорганизмов отдельных групп имеет несомненный теоретический интерес.
Практически более важной представляется относительно высокая биогенность засоленных почв, несмотря на экстремальность условий. Это отмечают многие исследователи (Waksman,I927; Дударева,1966). П.А.Генкель и др. (Генкель, Захарова, 1930; Генкель, Данини,1936) методом прямого микроскопирования обнаружили до I млрд.микробяых клеток в I г засоленной почвы.
А.К.Паносяя (1948) на основе собственных наблюдений за количественным учетом микроорганизмов в засоленных почвах Армении пришел к выводу, что по числу, бактерий они не только не отстают от культурных почв того же региона, но иногда даже превосходят некоторые их типы. Так, по данным ряда авторов (Кузнецова,I960; Митрофанова, 1963; Пушкинская, 1966; Банзаракцаев, 1968 а,б),солонцы в микробиологическом отношении активнее, чем черноземы той же зоны.
Однако высказанную точку зрения разделяют не все исследователи. По мнению З.П.Карамшук (1964), биогенность солонцов заметно ниже черноземов. Низкая биогенность солонцов в сравнении с зональными почвами отмечена в зоне сероземов и каштановых почв - слабо-гумусированных, обедненных питательными веществами и имеющих высокое засоление (Дударева, 1966; Михновская, Суслова, 1979). Анализируя данные других исследователей, А.К.Паносяя (1948) считает, что малое количество микроорганизмов, обнаруженное в солончаках, объясняется тем, что исследователи не принимали во внимание состав питательной среды и проводали эксперименты в условиях, совершенно не соответствующих естественным. Общепринятые питательные среда по режиму, составу солей и осмотическому давлению сильно отличаются от почвенного раствора засоленных почв. Сам автор для количественного учета микроорганизмов использовал прямой метод Виноградского в модификации Шульгиной (1926), а также питательные среды с добавлением вытяжки из засоленной почвы.
Численность различных групп микроорганизмов во многом определяется типом засоления. А.Н.Наумова и Б.П.Строганов (1958) показали, что в условиях сульфатного засоления резко сульфатредупирующих бактерий в ризосфере растений, достигая 43500 тыс.в I г почвы, в то время как в незасоленной почве эти микроорганизмы почти не встречаются.
Распределение микроорганизмов отражает своеобразие профиля засоленных почв (Паносян, 1948; Пономарева, 1959; Клевенская, 1961). Многие исследователи (Пушкинская, 1954, 1966; Сидоренко, 1962) отмечали в солонцах приуроченность микроорганизмов к гумусовому горизонту, слабое развитие их в солонцовом в сильноуплотненном и плохо аэрируемом горизонте. Активное развитие нитрифицирующих бактерий в гумусовом горизонте при резком снижении их численности в солонцовом и солевом горизонтах отмечают Н.С.Пономарева (1954), О.И.Пушкинская (1966), П.А.Генкель (1936) и др. изучая микрофлору солонца лесостепной зоны, выявили, что с горизонта Ау количество микроорганизмов постепенно увеличивается до глубины 60 см; далее вниз по профилю оно вновь уменьшается, при этом наблюдаются резкие изменения этого показателя при переходе от одного горизонта к другому. Н.С.Пономарева (1959) праводит данные о резком СНИЕЄНИИ числа неспорообразующих бактерий в солонцовом горизонте по сравнению с верхним аккумулятивным горизонтом.
Краткая характеристика полимеров-мелиорантов
Искусственные структурообразователи (К-4, РПА) характеризуются такими ценными свойствами, как агрегирование почвенных частиц, улучшение водопроницаемости почвы и удаление солей из почвенного горизонта в глубокие слои. Они не токсичны по отношению к микроорганизмам и растениям. Полимеры К-4, HIA относятся к высокомолекулярным поверхностно-активным клеющим соединениям, макромолекулы которых содержат активные карбоксильные гидроксильные, амидные и другие группы. Они улучшают физические свойства почвы и одновременно повышают содержание в ней аммонийного и легкогидролизуемого азота, а также повышают биологическую активность сильнозасоленной такыровидной почвы. К-4, НІА, способствуя оструктуриванию почвы, повышают урожайность растений риса.
Органический мелиорант К-4 представляет собой пасту кремового цвета. Исходным сырьем для получения этого искусственного структу-рообразователя служит синтетический полимер - полиакрилонитрил. Молекулярный вес использованного нами полиакрилонитрила 144500. К-4 - полимерный препарат, синтезировал К.С.Ахмедовым и С.Зейнут-диновым (1961), которые для его получения использовали метод неполно омыления полиакрилонитрила с целью сохранения некоторой части группы (-С = и ) в макромолекуле полимера.
Наличие нитрильной группы в структурообразователе дает возможность получать бактериоустойчивый препарат, а содержание одновременно двух функциональных групп - (СООїїа ) и (-С= Я ) - повышает его функциональную эффективночть, что согласуется с литературными данными (Кудрявцев, Жаркова, 1955).
Динамика численности физиологических групп микроорганизмов
Для выявления эффективности мелиорирующего действия ряда испытанных мелиорантов были использованы наблюдения за динамикой численности микроорганизмов отдельных физиологических групп в затопленной почве. Наблюдения проводили в три этапа: в 1979 г. был поставлен вегетационный опыт; в 1980 г. этот опыт был повторен в полевых условиях - на полях рисоводческого совхоза "50 лет Октября" Балхашского района Алма-Атинской области; в 1981 г. там же были проведены более детальные исследования, с взятием образцов почвы послойно по вертикали до глубины 30 см. В этой связи материал экспериментов полученные данные мы излагаем по каждой физиологической группе на основе результатов трех опытов.
а) Аммонифицирующие бактерии. Из-денение численности микроорганизмов, растущих на белковых средах [МЛА), и входящих в физиологическую группу аммонифицирующих бак-серий в какой-то мере отражает обеспеченность почвы легкодоступ 35 ным источником азота. При внесении в почву вегетационного опыта мелиорантов К-4 + солома, ША, ZnSO/ЮОЛома наблюдалось заметное увеличение числа аммонифицирующих бактерий по сравнению контролем (табл.1).
В полевом опыте (1980 г.) общая численность аммонификаторов была выше, чем в вегетационном опыте, по ЕСЄМ вариантам. Особенно интенсивное развитие аммонифицирующих бактерий наблюдается на участке с внесением соломы, растворимых полиамфолитов и ZnSO.. Очевидно, что полимеры НИ и солома, а также их сочетания обусловливают увеличение числа аммонифицирующих бактерий в затопленной почве.
Наблюдения в течение 2 лет позволили выявить мелиоранты,наиболее благоприятствующие развитию аммонифицирующих бактерий, как показателей биологической активности мелиорируемых почв; ими мы считаем растворимые полиамфолиты и солому. Мелиоративное значение рисовой соломы для почв Акдалинского массива орошения изучал С.Н.Нелидов (1978, 1980), поэтому в своих исследованиях мы включали варианты с сочетанием соломы с ША и цинковыми солями.
Б полевом опыте 1981 г. испытивались 4 варианта (ША, .РПА + солома, ZnCNOO2 + солома, контроль). Образцы почв для анализов отбирали послойно (0-1, 1-5, 5-Ю, 10-30 см). Во всех случаях развитие аммонифицирующих бактерий было более активным в самом верхнем слое (0-1 см); в данном опыте не было выявлено разниццы в численности аммонификаторов по вариантам, лишь в конце опыта (4 месяца инкубации) в вариантах с внесением соломы заметно увеличилось количество этих микроорганизмов (табл.2).
Микроорганизмы-деструкторы растворимых по лиамфо ЛИТОЕ
Одним из непременных качеств химических препаратов для широкого применения в сельском хозяйстве является возможность их постепенного разложения. Эффективное разрушение их служит гарантией того, что вещества не будут накапливаться в токсических концентрациях и загрязнять окружающую среду. Как мы уже указывали, растворимые полиамфолиты (ША) представляют собой сложное соединение, в котором на углеродную цепочку из жирного ряжа присоединены ароматические кольца, содержащие азот и фосфор. НІА как мелиорант вносятся в сильнозасоленную, такыровидную почву Акдалин-ского массива орошения впервые. Поэтому о биодеградации этого полимера в наших условиях, где он применяется на рисовых полях в Прибалхашье, фактически ничего не известно.
В изучении биодеградации ксенобиотиков возможны различные подходы, разная стратегия ( Bull,1980); в частности, изучение био-деградации непосредственно в почве (in situ) и исследование разложения чистыми культурами микроорганизмов. Оба подхода имеют и недостатки,и положительные стороны, и взаимно дополняют друг друга. Изучение разложения РПА в почве затрудняет анализ продуктов разложения, поскольку препарат растворим в воде, близок по составу с органическими компонентами почвы и возможна их интерференция.
Учитывая, что в составе ША имеются в значительном количестве азот и фосфор, мы посчитали возможным проследить за разложением РПА с помощью обычных агрохимических анализов почвы, которые достаточно хорошо разработаны для азота, фосфора и органического углерода. G этой целью был поставлен лабораторный опыт. Образцы почвы компостировались в течение 2 месяцев с добавлением РПА и ША в со-їетании с рисовой соломой. Контролем служила почва без добавок. На протяжении всего времени компостирования с 10-дневым интервалом образцы анализировались на содержание аммонийного и легкогид-ролизуемого азота, общего углерода и ПОДВИЖНОГО фосфора (табл.14). Аммонийный азот. Содержание аммонийного азота в контрольной почве на протяжении всего опыта остается постоянным - 2,5 мг/кг, за исключением небольших колебаний на 40-50-й день, В почве с вяесениеи HIA количество аммонийного азота более высокое, по сравнению с контролем, еще более увеличивается к концу компостирования. Е варианте НІА в сочетаний с рисовой соломой аммонийный азот обнаруживается лишь в следовых количествах, несколько повышаясь на 40-50-й день компостирования.
Легкогидролизуемый азот.Е контрольной почве содержание легкогидролизуемого азота относительно стабильное на протяжении всего времени компостирования (2,1-2,8 мг/кг). Е почве с HIA оно повышается на 20-й день компостирования с 2,8 до 3,5 мг/кг и остается на таком уровне до конца опыта. В варианте НІА+рисовая солома исходное количество легкогидролизуемого азота (3,5 мг/кг) повышается на 30-й день компостирования до 4,2 мг/кг почвы. На основе наблюдений за изменением содержания легкогидролизуемого аммонийного азота вытекают следующие выводы: I) при внесении в почву растворимых полиамфолитов заметно повышается количество HH "N » что может свидетельствовать об освобождении азота, содержащегося в РИА; 2) при совместном внесении (ИІА+ золома) количество аммонийного азота низкое,что,по-видимому,связа-ао с иммобилизацией этого азота, освобождающегося при разложении РИА.
