Введение к работе
Актуальность темы. Вовлечение почвенного покрова в сельскохозяйственное использование нарушает течение естественных процессов почвообразования. В результате на первое место выходят антропогенные факторы - агрофитоценозы со свойственной им агротехникой. В новых условиях отмечается не только изменение физико-химических показателей, но и происходит перестройка структуры микробных сообществ, их биохимической или функциональной активности (О. А. Берестецкий, 1984; Н. Я. Кутовая, 1994; В. Т. Лобков, 1994, 1999; Ю. М. Возняковская, 1996; И. Д. Свистова, 2005; Н. В. Безлер, 2006; R. P. Scheffer, 1997).
В литературе представлены общие понятия о формировании микробного сообщества различных типов почв, показано влияние минеральных и органических удобрений, способов обработки почвы, пестицидов, степени насыщенности севооборота культурой и монокультуры на состав и функционирование сообщества почвенных микроорганизмов. Тем не менее, до сих пор нет четкого представления о специфике вклада каждой культуры севооборота в создание микробного пула почвы. Остаются непознанными вопросы динамики почвенно-биологических процессов, связанных с синтезом и минерализацией органического вещества в почвах севооборотов различной специализации (Ю. М. Возняковская, 1988, 1990, 1994; Н. Я. Кутовая, 1988; Ю. Ф. Курдюков, 1993; В. В. Верзилин, 2005; J. Lynch, 1988; I. Chet, 2002).
Детально не изучены взаимодействия в системе «почва - микроорганизмы - растения», а именно, особенности формирования микрофлоры прикорневой зоны, являющейся переходным звеном между микробным сообществом почвы и растениями. Большинство работ в этом направлении связано с выявлением ассоциативной фиксации азота, и лишь немногие посвящены формированию микробного сообщества ризосферы культур (Н. А. Красильников, 1958; С. А. Самцевич, 1978; В. Т. Емцев, 1990; В. В. Вол-когон, 1997; J. Blandreau, 1986; Н. P. Bais, 2006; G. Berg, 2009).
Не выяснены особенности формирования фунгистатической способности почвы, т.е. ингибирование прорастания и развития зачатков микромицетов. Установлено, что её причиной является пищевая конкуренция между патогенными и сапротрофными микроорганизмами, а также антагонистические свойства некоторых из них. Однако, нет четкого представления о том, какие микроорганизмы обеспечивают формирование фунгистазиса почвы, тогда как он является естественной альтернативой применения фунгицидов (Т. С. Скилягина, 1973; Т. Г. Мирчинк, 1975; И. Д. Свистова, 2004; Т. П. Иванова, 2006; А. В. Соловьев, 2007, 2008; С. А. Замятин, 2009; R. М. Jackson, 1958; W. Ко, 1966; Р. В. Adams, 1968).
Выявить степень влияния отдельных агрофитоценозов на формирование микробного сообщества почвы и ее фунгистатических свойств актуально для более полного понимания почвенно-биологических процессов в условиях антропогенеза.
Цель исследований: установить роль основных культур зернопаропропашного севооборота и черного пара в формировании микробного сообщества и фунгистазиса чернозема выщелоченного, выявить динамику численности групп микроорганизмов, участвующих в почвенно-биологических процессах формирования его плодородия.
Задачи исследований:
определить основные показатели, характеризующие химические и физико-химические свойства почвы;
установить численность и соотношение зимогенной и автохтонной групп микроорганизмов в почве и ризосфере культур;
выявить влияние культур на динамику численности основных физиологических и эколого-трофических групп микроорганизмов, участвующих в круговороте азота;
установить влияние посевов сахарной свеклы, озимой пшеницы, ячменя и черного пара на динамику численности микроорганизмов, участвующих в трансформации органофосфатов в почве и ризосфере;
определить численность основных таксономических и физиологических групп микроорганизмов, участвующих в трансформации сложных полимерных соединений в почве и прикорневой зоне культур;
выявить влияние удобрений и их последействия на формирование микробного сообщества почвы и ризосферы культур;
установить роль культур в формировании фунгистатических свойств чернозема выщелоченного.
Научная новизна. Впервые синхронно определена численность основных таксономических и эколого-трофических групп микроорганизмов в почве и ризосфере культур.
Установлено, что в посевах сахарной свеклы и ячменя численность автохтонных микроорганизмов на 30 - 40 % выше, чем в посевах озимой пшеницы и в пару, что может быть показателем минерализации и снижения активности процессов гумификации.
В почве и ризосфере сахарной свеклы на удобренном фоне выявлено повышение численности диазотрофов, в посевах ячменя, возделываемого без удобрений - фосфо-бактерий, что отчасти раскрывает естественные механизмы саморегуляции микробного сообщества.
Впервые выявлены причины снижения фунгистазиса почвы в посевах сахарной свеклы, обусловленные особенностями формирования сообщества микромицетов.
Установлено, что сахарная свекла способствует перегруппировке комплекса микромицетов в ризосфере культуры и почве, выражающейся в увеличении численности родов Penicillum, Alternaria, Fusarium, Cladosporium. В посевах зерновых культур, наряду со снижением численности этих родов, происходит увеличение доли рода Trichoderma до 20 % и более, что объясняет повышение фунгистатических свойств почвы.
Практическая значимость. Полученные результаты позволят прогнозировать динамику течения микробиологических процессов в почве и дадут возможность регулировать их направленность.
Материалы диссертационной работы могут быть использованы при разработке биологических технологий возделывания сельскохозяйственных культур с учетом особенностей взаимодействия растений и почвенных микроорганизмов.
Новые данные помогут повысить эффективность применения биопрепаратов как на основе ассоциативных микроорганизмов, так и на основе антагонистов фитопатоге-нов.
Использование знаний о способности почвы препятствовать прорастанию и развитию покоящихся форм фитопатогенных грибов (фунгистазис) позволит снизить нагрузку фунгицидов в севооборотах.
Основные положения работы могут быть использованы в учебном процессе в высших учебных заведениях биологической и сельскохозяйственной специализации в курсе лекций по микробиологии и биохимии почв.
Положения, выносимые на защиту:
Структуру микробного сообщества почв во многом определяет биология сре-дообразующей культуры. Озимая пшеница способствует подавлению автохтонной микрофлоры в почве, а сахарная свекла и ячмень, наоборот, её развитию, что изменяет направленность гумификационных процессов.
Повышение численности таксономических и эколого-трофических групп микроорганизмов в ризосфере культур может способствовать активизации осуществляемых ими почвенно-биологических процессов.
Фунгистатические свойства чернозема выщелоченного определяются родовой организацией комплекса почвенных микромицетов, выражающейся в расширении разнообразия родов и увеличении доли рода Trichoderma.
Апробация диссертационной работы. Основные положения диссертационной работы получили одобрение на Всероссийской научно-методической конференции с международным участием (Мичуринск, 2008), Всероссийской научной конференции «XII Докучаевские молодежные чтения» в СПбГУ (Санкт Петербург, 2009), Межрегиональной научно-практической конференции молодых учёных в ФГОУ ВПО ВГАУ им. К. Д. Глинки (Воронеж, 2009), Всероссийском симпозиуме с международным участием в МГУ им. М. В. Ломоносова (Москва, 2009), Всероссийской научной конференции «XIII Докучаевские молодежные чтения» в СПбГУ (Санкт Петербург, 2010), Всероссийской конференции молодых ученых в ГОУ ВПО СГМУ им. В. И. Разумовского (Саратов, 2010), а также научной конференции студентов и аспирантов ВорГУ (Воронеж, 2010) и заседаниях Ученого совета ГНУ ВНИИСС имени А. Л. Мазлумова (2007 - 2009 гг.).
Представленная работа являлась частью темы НИР ГНУ ВНИИСС №04.08.02.07 «Влияние основных культур зерносвекловичного севооборота и черного пара на формирование микробного сообщества и фунгистазис чернозема выщелоченного» в 2009 году.
По теме диссертации опубликовано 9 статей, в том числе 2 в реферируемых журналах.
Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 177 страницах компьютерного текста, содержит 14 таблиц и 17 рисунков. Состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения. Список использованной литературы включает 196 наименований, в том числе 29 иностранных. Приложение содержит 16 таблиц.
