Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние изученности проблемы. Органические удобрения 11
Глава 2. Солома как удобрение 21
2.1. Использование соломы зерновых культур в качестве удобрения 21
2.2. Сроки, способы, нормы внесения соломы 24
2.3. Химический состав и микробиологическое разложение соломы
2.4. Токсическое действие соломы 31
2.5. Скорость разложения соломы 33
2.6. Запашка соломы и биологическая активность почвы 36
2.7. Влияние внесения соломы на содержание гумуса в почве 37
2.8. Способы ускоренного разложения соломы 39
Глава 3. Характеристика объектов и методов исследования 41
3.1. Почвенно-климатические условия проведения исследований 41
3.1.1. Почвенный покров изучаемой территории 41
3.1.2. Погодные условия в годы проведения исследований 50
3.2. Методика проведения полевых и лабораторных
исследований 56
Глава 4. Влияние запашки соломы ячменя с микромицетом целлюлозолитиком на микробиологическую активность почвы 61
4.1. Динамика численности микроорганизмов, осуществляющих
малый круговорот азота в почве при трансформации соломы
ячменя совместно с микромицетом-целлюлозолитиком 62
4.1.1. Динамика численности олигоазофилов в почве 62
4.1.2. Динамика численности диазотрофов в почве 65
4.1.3. Динамика численности аммонификаторов и иммобилизаторов в почве
4.2. Влияние запашки соломы ячменя с микромицетом целлюлозолитиком, азотным удобрением и питательной добавкой на гумификационные процессы в почве 74
4.3. Влияние запашки соломы ячменя с микромицетом целлюлозолитиком на динамику численности микроорганизмов,
разрушающих сложные полимерные соединения в почве 81
4.3.1. Динамика численности микромицетов и актиномицетов в почве 81
4.3.2. Динамика численности спорообразующих бактерий в почве 87
4.3.3. Динамика численности целлюлозоразрушающей микрофлоры в почве 89
4.4. Влияние запашки соломы ячменя с микромицетом целлюлозолитиком, азотным удобрением и питательной
добавкой на процессы синтеза фосфорных соединений 92
Глава 5. Влияние внесения соломы ячменя с микромицетом целлюлозолитиком на ферментативную активность почвы 95
5.1. Влияние запашки соломы ячменя совместно с азотом, микромицетом-целлюлозолитиком и питательной добавкой на полифенолоксидазную и пероксидазную активность почвы 98
5.2. Влияние запашки соломы ячменя совместно с азотом, микромицетом-целлюлозолитиком и питательной добавкой на каталазную активность почвы 106
5.3. Влияние запашки соломы ячменя совместно с различными компонентами на уреазную активность почвы 109
5.4. Влияние запашки соломы ячменя совместно с азотом, микромицетом-целлюлозолитиком и питательной добавкой на фосфатазную активность почвы 112
Глава 6. Запашка соломы ячменя с микромицетом целлюлозолитиком и процессы накопления щелочногидролизуемого азота 117
Глава 7. Процессы накопления гумусовых веществ при запашке со ломы с микромицетом-целлюлозолитиком 122
Глава 8. Влияние запашки соломы с микромицетом целлюлозолитиком на продуктивность культур зернопаропропашно го севооборота 127
Выводы 130
Список использованных источников
- Химический состав и микробиологическое разложение соломы
- Почвенный покров изучаемой территории
- Динамика численности диазотрофов в почве
- Влияние запашки соломы ячменя совместно с азотом, микромицетом-целлюлозолитиком и питательной добавкой на каталазную активность почвы
Введение к работе
Актуальность темы.
В настоящее время в почву вносят не )статочное количество органических удобрений, что приводит к нарушению баланса гумуса и ухудшению почвенного плодородия. Одним из путей пополнения запасов гумуса в агрофитоценозах зернопаропропашных севооборотов является использование соломы зерновых культур в качестве органического удобрения, так как запашка ее биологического урожая увеличивает приход органического вещества в 1,5-2 раза, а также повышает микробиологическую активность почвы. [Авров О.Е., 1979; Федоров В. А., 1980; Багаутдинов Ф.Я., Хазиев Ф.Х., Мукатанов А.Х., 1985; Дедов А.В., 1999, 2000; Лазарев А.П., Абрашин Ю.И., 2000; Сергеев Г.Я., 2006; ПРИКАЗ Управления по экологии и природопользованию Воронежской обл. от 12.03.2007 N 132 "Об утверждении рекомендаций по утилизации пожнивных остатков и соломы"; Колесникова М.В., 2009; Солдато-ва С.С, 2011]. Только в Воронежской области излишки соломы составляют от 2 до 3,5 млн. т. В тоже время, она является источником элементов минерального питания. В ее состав входит: 0,5% азота, 0,2% - фосфора, 0,8% - калия, а также сера, кальций, магний и различные микроэлементы (бор, медь, марганец, молибден, цинк, кобальт и др.). Так, при средней урожайности соломы 4 т/га в почву поступает 1800 кг/га углерода, 14-22 кг/га азота, 3-7 кг/га фосфора, 22-55 кг/га калия [Мишустин Е.Н., 1971; Кольбе Г., Штумпе Г., 1972; Применение соломы зерновых культур на удобрение в Томской области, 2004; Агрохимический бюллетень №2, 2006; Русакова И.В., 2011].
Запашка соломы благоприятно действует на биологическую активность почвы, при этом происходит накопление гумусовых веществ, а также элементов питания, необходимых растениям [Емцев В.Т., Ницэ Л.К., 1981; Гамаюнова В.В., 1986; Cai Xiaobu, Qian Cheng, Zhang Yuan, Pu Qiong, 2004; Дедов A.B., 2007]. Положительное влияние соломы на плодородие почвы зависит от наличия необходимых условий для ее разложения. Поскольку соотношение углерода и азота в соломе очень широкое - C:N 70-90:1, скорость ее разложения замедляется. На начальных этапах ее деструкции происходит иммобилизация азота и накапливаются токсические соединения в почве [Мишустин Е.Н., 1971; Кольбе Г., Штумпе Г., 1972; Верниченко Л.Ю., Мишустин Е.Н., 1980; Пшебельский В.В., Гаврилюк М.С., 1980; Емцев В.Т., Ницэ Л.К., 1981; Щербаков А.П., Рудай И.Д., 1983; Raina J.N., Goswami К.Р., 1989; Лобков В.Т., 1994; Зезюков НИ., 1999; Комаревцева Л.Г., 2005; Коржов СИ., 2007; Дедов А.В., 2007].
В ЦЧР в условиях недостаточного увлажнения скорость микробиологического разложения соломы в почве затягивается на несколько лет. Ускорить этот процесс и предотвратить негативные последствия от запашки соломы можно при помощи специализированного штамма микромицета-целлюлозолитика и дополнительных компонентов для активизации его жизнедеятельности. При этом в почве останутся продукты полураспада, которые могут быть включены в процесс синтеза молекул гумуса.
Цель исследований: установить степень влияния запашки соломы ячменя с микро-мицетом-целлюлозолитиком на микробное сообщество почвы, ее ферментативную активность, процесс гумификации и формирование потенциального и эффективного плодородия почвы в зернопаропропашном севообороте.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
выявить воздействие запашки соломы ячменя с микромицетом-целлюлозолитиком на динамику численности микрофлоры почвы, участвующей в процессах трансформации органических остатков и круговороте азотных и фосфорных соединений;
определить влияние разложения соломы под действием микромицета-целлюлозолитика на динамику активности ферментов, участвующих в трансформации соединений азота;
установить взаимосвязь использования соломы и микромицета-целлюлозолитика с динамикой активности ферментов, принимающих участие в процессах гумусообразования;
определить степень влияния запашки соломы ячменя с микромицетом-целлюлозолитиком содержание гумуса в почве;
выявить последействие запашки соломы с микромицетом-целлюлозолитиком на урожайность культур парового звена севооборота.
Научная новизна.
Впервые выявлено, что интродуцированный в почву при запашке соломы ячменя аборигенный штамм микромицета-целлюлозолитика, выделенный из чернозема выщелоченного, успешно освоил субстрат. Это подтверждается динамикой его численности. Установлено, что одновременно возрастает количество диазотрофов, консортивно связанных с ним (на 75,8% по сравнению с контролем).
Численность микроорганизмов, принимающих участие в малом круговороте фосфора, повысилась на 43,2 %, что способствовало улучшению режима питания озимой пшеницы и сахарной свеклы.
Выявлено, что микромицет-целлюлозолитик стабилизирует численность почвенных микромицетов на оптимальном для чернозема выщелоченного уровне: 60-80 тыс. КОЕ в 1 г абсолютно сухой почвы.
Впервые экспериментально установлено повышение численности зимогенной микрофлоры при интродукции в почву микромицета-целлюлозолиттика с дополнительными компонентами и соломой ячменя.
Показано, что совместное внесение в почву соломы ячменя с микромицетом-целлюлозолитиком и другими компонентами способствует активизации гумификационных процессов, что подтверждается соотношением полифенолоксидазной и пероксидазной активности почвы. Условный коэффициент гумификации возрастает на 30,3% (в контроле Кгум. составил 0,92). Ускорение процесса деструкции соломы отражает накопление гумуса в парующей почве.
Впервые выявлено положительное последействие совместного внесения в почву соломы ячменя с микромицетом-целлюлозолитиком, азотным удобрением и питательной добавкой на продуктивность культур зернопаропропашного севооборота.
Практическая значимость.
Результаты исследований могут быть использованы в производстве при применении соломы ячменя в качестве удобрения. Микромицет-целлюлозолитик способствует ускорению разложения соломы, активизации почвенной микрофлоры, а также накоплению гумуса в почве (0,3-0,4 %). Благодаря активному развитию диазотрофов повысится содержание в почве доступного для растений азота.
Использование микромицета-целлюлозолитика при запашке соломы, за счет консорциума целлюлозолитики-диазотрофы, будет способствовать стабилизации агрофитоценоза, что выразится в снижении фитотоксичности почвы и повышении продуктивности культур зернопаропропашного севооборота.
Положения, выносимые на защиту:
-
Внесение в почву с соломой ячменя микромицета-целлюлозолитика, азотного удобрения и питательной добавки активизирует развитие микроорганизмов, принимающих участие в малом круговороте азота.
-
Использование ячменной соломы с дополнительными компонентами способствует повышению уровня активности ферментов-оксидоредуктаз, благодаря действию которых усиливаются процессы гумификации.
-
Под воздействием микромицета-целлюлозолитика и других компонентов ускоряется трансформация внесенной в пар соломы и повышается продуктивность последующих культур севооборота.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на Всероссийском симпозиуме с международным участием «Современные проблемы физиологии,
экологии и биотехнологии микроорганизмов» (МГУ, Москва, 2009), Всероссийской научной конференции XIII Докучаевские молодежные чтения «Органо-минеральная матрица почв» (СпбГУ, Санкт-Петербург, 2010); Международной научно-методической конференции Геосети России и стран СНГ «Состояние и перспективы агрохимических исследований в Географической сети опытов с удобрениями» (ВНИИА, Москва, 2010); IX Международной научно-методической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (Мичуринский аграрный университет, Мичуринск-наукоград, 2010); Всероссийской научной конференции, посвященной 40-летнему юбилею Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН «Биосферные функции почвенного покрова» (Пущино, 2010); Научно-практической конференции Курского отделения межрегиональной общественной организации «Общество почвоведов имени В.В. Докучаева» «Актуальные проблемы почвоведения, экологии и земледелия» (ГНУ ВНИИЗиЗПЭ РАСХН, Курск, 2010); Всероссийской научной конференции XVI Докучаевские молодежные чтения, посвященной 165-летию со дня рождения В.В. Докучаева «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов» (СпбГУ, Санкт-Петербург, 2011); 15-ой Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2011); I Международной заочной конференции «Устойчивое развитие АПК: рациональное природопользование и инновации) (ПетрГУ, Петрозаводск, 2011); Научной сессии Воронежского государственного университета (ВГУ, Воронеж, 2012); Всероссийской научной конференции с международным участием «VI Съезд общества почвоведов им. Докучаева» (Петрозаводск-Москва, 2012) и заседаниях Ученого совета ГНУ ВНИИСС им. А.Л. Мазлумова (2009-2012 г.г.).
Работа являлась частью тем НИР ГНУ ВНИИСС Россельхозакадемии: №04.08.02.06 «Изучить динамику микробиологической деструкции соломы зерновых культур в почве, численность редуцентов гумуса и процемм гумусообразования» в 2010 году, №04.08.03.03 «Изучить особенности формирования и функционирования микробного сообщества чернозема выщелоченного в паровом звене зерносвекловичного севооборота» и №04.08.03.04 «Пополнить и изучить коллекцию эффективных микроорганизмов черноземов в ЦЧР, способствующих восстановлению естественных регуляторных фунцкий микробных сообществ в свекловичных агроценозах» в 2011 году.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 статей, в том числе 2 в изданиях, рекомендуемых ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Основной материал изложен на 170 страницах компьютерного текста, содержит 8 таблиц и 17 рисунков. Список использованной литературы включает 260 наименований, в том числе 27 иностранных. Приложение содержит 14 таблиц.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.с.-х.н. Безлер Надежде Викторовне за помощь в работе. Автор благодарен сотрудникам лаборатории эколого-микробиологических исследований почв; отдела биотехнологии, лаборатории биохимии и молекулярной биологии Всероссийского научно-исследовательского института сахарной свеклы им. А.Л. Мазлумова, а также сотрудникам кафедры почвоведения и управления земельными ресурсами за ценные консультации, помощь и поддержку при написании диссертации.
Химический состав и микробиологическое разложение соломы
Аммиак очень нестойкое соединение. Если не создать условия для его поглощения торфом, землей, минеральными добавками, то из навоза будет теряться большое количество азота. Поэтому во всех районах страны подстилочный навоз надо хранить в уплотненном состоянии как в навозохранилищах, так и поле. [Петухов М.П., Панова Е.А., Дудкина Н.Х., 1979].
Птичий помет. Птичий помет - ценное, сравнительно концентрированное и быстродействующее органическое удобрение. Как и навоз, содержит основные питательные вещества, необходимые растениям, но в значительно меньшем количестве. Азот в помете птиц содержится в форме мочевой кислоты, которая быстро разлагается с образованием аммиака и угольной кислоты. Чтобы уменьшить потери азота при накоплении и хранении птичьего помета, к нему добавляют 20-25% сухого торфяного порошка или 25-50% сухого торфа, можно добавлять 7-10% (от его массы) порошковидного суперфосфата.
Птичий помет используется в качестве основного удобрения и при подкормке растений. Его следует применять под наиболее ценные культуры: кормовые корнеплоды, картофель, лен, плодово-ягодные, а также под озимые хлеба [Петухов М.П., Панова Е.А., Дудкина Н.Х., 1979].
Торф и торфокомпосты. Торф является огромным резервом органического удобрения. Способы применения торфа на удобрения различны. Торф используют в качестве подстилки, компонента для приготовления компоста.
Торф представляет собой остатки растений (трав, мхов, кустарников, деревьев), произраставших, как правило, при недостаточном минеральном питании и при избытке воды. Торфа различаются по условиям образования, характеру слагающей их растительности, а также степени разложения. Торф характеризуется высокой влагоёмкостью и поглотительной способностью. Благодаря этим свойствам он широко применяется для подстилки животным и компостирования с навозом. Использование его для этих целей позволяет сохранить от потерь жидкие выделения и аммиак, которые обычно в значительном количестве теряются из навоза при хранении.
Содержащийся в торфе навоз находится в сложных органических соединениях и очень плохо усваивается растениями. В торфе очень мало калия и почти нет микроэлементов. Поэтому применение торфа в чистом виде неэффективно. Расходы на добычу и применение торфа в чистом виде, как правило, не окупаются прибавкой урожайности [Петухов М.П., Панова Е.А., ДудкинаН.Х., 1979].
Зеленое удобрение. Сидерация - свежая растительная масса, запахиваемая в почву для обогащения ее и последующих культур органическим веществом и питательными элементами. Для этих целей выращивают растения-сидераты из семейства бобовых - люпины, донник, сераделлу, чину, конские бобы и др. Зеленое удобрение применяют как самостоятельное, полное, когда сидерат запахивают на месте произрастания; как укосное, когда сидерат скашивают и перевозят зеленую массу на ближайшее паровое поле, и как отавное, когда запахивают на месте.
Запашка многолетних трав имеет большое значение в восстановлении почвенного плодородия по ряду причин. Многолетние травы - это средство предотвращения водной и ветровой эрозии почвы. Особенности их корневых систем обеспечивают скрепление почвенных частиц в структурные отдельности, которые могут противостоять разрушению ветром и размыванию водой пахотного слоя.
Травы останавливают вымывание питательных веществ за пределы корнеобитаемого слоя, способствуют перемещению элементов питания из глубоких горизонтов почвы в верхний слой. Что также важно для сохранения плодородия почвы. Кроме того, многолетние травы способствуют накоплению гумуса в почве. Биомасса корневых систем травянистых растений, особенно бобовых, выполняет важную роль обогащения почвы органическими остатками. Под естественными травостоями в метровом слое их накапливается ежегодно от 8 до 25 т/га. Таким образом, зеленые удобрения оказывают такое же многостороннее положительное действие на свойства почвы, урожай и качество сельскохозяйственных культур, как и хорошо приготовленный навоз. Процессы разложения зеленых удобрений в почве протекают значительно быстрее, чем других органических удобрений, богатых медленно разлагающимися веществами. В итоге резко улучшается жизнедеятельность почвенных микроорганизмов. Микробиологические процессы в почве значительно усиливаются еще в период роста и развития сидератов, а еще лучшие условия для почвенной микрофлоры создаются после запашки зеленого удобрения. Это обусловлено тем, что они обогащают почву гумусом, азотом, фосфором и другими макро- и микроэлементами, необходимыми для развития микрофлоры и питания растений. Одновременно также происходит поглощение почвенными микроорганизмами питательных веществ. [Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И., 2002; Петров A.M., 2002].
Пожнивные остатки растений (стерня и корни). Органическое вещество почвы представлено в виде гумуса, послеуборочных остатков полевых культур, живых и мертвых микроорганизмов. Свежим корневым и пожнивным остаткам принадлежит главная роль в регулировании микробиологической деятельности почвы. Они аккумулируют необходимые растениям элементы питания и являются одним из важнейших источников повышения плодородия почвы. При разложении послеуборочных остатков происходит ежегодное, пополнение почвы гумусом, доступными формами азота, Р205, К20, а также обогащение приземного слоя воздуха углекислотой. На 1 га в слое 0-40 см может оставаться 1917 кг углерода, 59,9 кг N, 14,9 кг Р205. 19,5 кг К20 [Павлюченко А.У., 1983].
Почвенный покров изучаемой территории
Внесение соломы в почву в качестве удобрения стимулирует почвенную микрофлору, потому что внесенный материал представляет собой субстрат, в составе которого содержание углерода значительно превышает содержание азота. В результате недостатка азоторганических соединений, в почве снижается содержание аммонифицирующих бактерий, а также микроорганизмов, использующих минеральные формы азота. С внесением соломы поступает значительное количество углерода, не обеспеченного оптимальным соотношением с азотом, что стимулирует развитие анаэробных азотфик-саторов рода Clostridium - масляно-кислых и ацетонобутиловых бактерий, а также возрастает численность азотобактера [Придворев Н.В., 1977; Kubista К., Hons Р., 1978; Верниченко Л.Ю., Мишустин Е.Н., 1980; Емцев В.Т., Ницэ Л.К., 1980].
При внесении соломы увеличивается количество аммонифицирующих бактерий и содержание аммиака в почве [Верниченко Л.Ю., Мишустин Е.Н., 1980]. Спустя 2-2,5 месяца после внесения соломы в почву большинством исследователей наблюдается увеличение целлюлозоразрушающей микрофлоры [Зезюков Н.И., Острецов В.Е., 1999]. Также во многих случаях отмечается интенсивное развитие микроскопических грибов. Численность актиномице тов к концу вегетационного периода возрастает в 2-3 раза [Емцев В.Т., Ницэ Л.К., 1980; Верниченко Л.Ю., Мишустин Е.Н., 1980].
С ростом микробиологической активности возрастает и ферментативная активность почвы [Емцев В.Т., Ницэ Л.К., 1981]. Отмечается увеличение фосфатазной, уреазной, дегидрогеназной и инвертазной активности почвы. Л.Г. Комаревцева отмечает увеличение активности инвертазы и уреазы в 2 раза, каталазы - в 1,2-1,5 раза при внесении соломы с минеральными удобрениями [Комаревцева Л.Г., 2005].
Использование соломы приводило к увеличению дыхания почв. В опытах с загрязненной нефтью почвой отмечено 30%-ное повышение дыхания почвы при добавке соломы, а на незагрязненной - на 246%). Солома не влияла на концентрацию нефти, но увеличивала активность микробов, показывая, что ее внесение может благоприятно действовать на фитоочистку почв, сокращая время восстановления функций почвенной экосистемы [Callaham Mac A., Stewart Arthur J.Alarcon Clara, McMiller Sara J., 2002].
В условиях чернозема выщелоченного запашка соломы озимой пшеницы совместно с дополнительными компонентами стимулировала развитие микробного сообщества почвы. Так, обнаружено повышение численности диазотрофов и консортивно с ними связанных, целлюлозолитиков. Также обнаруживается увеличение количества актиномицетов и микромицетов в конце вегетационного периода, что свидетельствует о наличии в субстрате труд-норазлагаемых веществ. [Колесникова М.В., 2009].
Освоение и дальнейшее сельскохозяйственное использование почв изменяет весь характер поступления и трансформации органического материала. Механическая обработка почвы, отчуждение с урожаем питательных веществ, приводит к уменьшению общего содержания органического вещества. При отсутствии или недостатке органических удобрений, для компенсации изъятых с урожаем из биологического круговорота веществ, равновесие ме жду конкурирующими процессами гумусообразования и минерализации начинает смещаться. Это, в конечном итоге, приводит к необратимому ухудшению гумусового состояния и постепенной деградации почв - утрате потенциального и эффективного плодородия [Пестряков В.К., Ковш Н.В., Попов А.И., Чуков С.Н.,1990]. Солома зерновых культур является хорошим источником пополнения почвенного гумуса благодаря органическому веществу, созданному при ее разложении [Мишустин Е.Н., 1971; Илюшина Л., 1977; Delphin J.E., Conesa A.Ph., 1979; Jurencak J., 1980; Донос А.И., Кордуняну П.Н., 1980]. Уровень гумуса, образующегося из нее, примерно равен половине всего вновь образованного его количества [Смолин Н.В., 1997]. Считается, что образующиеся в ходе разложения промежуточные высокомолекулярные продукты трансформации участвуют в синтезе гумусовых веществ, а низкомолекулярные органические соединения подвергаются дальнейшей минерализации [Семенов В.М., Кузнецова Т.В., Кудеяров В.Н., 1995]. Запас этих соединений в почве непрерывно пополняется за счет микробного синтеза и корневых выделений растений, а также трансформации и взаимодействия этих веществ между собой. Все это обусловливает чрезвычайно сложный химический состав системы, несомненно участвующей в процессах почвообразования [Александрова Л.Н., 1980].
Наиболее интенсивное накопление гумусовых веществ отмечается в первые 1,5-2 месяца трансформации привнесенного органического вещества, в период наиболее интенсивного разложения углеводородов (гемицеллюлоз и целлюлозы) [Самойлова Е.М., Сизов А.П., Яковченко В.П., 1990]. При запашке 2-4 т/га соломы в почве образуются 0,3-2,6 т гумуса [Мишустин Е.Н., 1971]. Что также подтверждается исследованиями опытных станций в Ротам-стеде, Норфолке, в которых показано, что ежегодное применение 7,5 т/га соломы за 6 летний период повышает запасы гумуса в 0-23 см слое почвы на 3,4 т/га или на 12% [Rannel R.O., 1984]. В почвах Нечерноземной зоны наибольшее накопление органических веществ при компостировании соломы с азотным удобрением отмечено на глубине 14-18 см [Комаревцева Л.Г., 1984]. Кроме того, максимальное увеличение содержания общего гумуса получено при компостировании субстрата с целлюлозоразлагающими микроорганизмами Aspergillus nidulans и Botrytiscinerea [Hernando S., Polo A., 1986] и Trichoderma Caphalosporium [Hoflish G., 1977].
Таким образом, солома является субстратом, привносящим в почву большое количество органических веществ, продукты полураспада которых являются источником образования гумуса. А ее применение совместно с дополнительными компонентами способно значительно увеличить запасы гумуса в почве.
Динамика численности диазотрофов в почве
В апреле среднесуточная температура воздуха составила 7,1 С, при этом выпало 23,3 мм осадков, то есть близко к средним многолетним показателям. В мае количество выпавших осадков не отличалось от климатической нормы, а средняя температура воздуха была на 1,5 градуса выше и составила 18,4С.
Вторая и третья декады июня характеризовались значительным количеством осадков, их сумма составила 92 мм, что на 20,7 мм выше, чем отмечено в средних многолетних наблюдениях. При этом среднесуточная температура воздуха была на 0,4С выше нормы, сумма эффективных температур -1314С. В июне ГТК составил 1,5, то есть складывались оптимальные условия увлажнения. В июле количество выпавших осадков снизилось в 2 раза, а среднесуточная температура воздуха возросла на 5,7С. Гидротермический коэффициент за этот месяц составил 0,6. В августе количество осадков увеличилось в 1,6 раза (77,6 мм), что выше, климатической нормы на 26,3 мм. При этом среднесуточная температура воздуха была близкой к норме (ГТК =
В сентябре среднесуточная температура воздуха соответствовала климатической норме и составляла 15,2С. При этом осадков выпало значительно меньше - 33,3 мм (ГТК 0,5).
В вегетационном периоде 2011 года условия оптимального увлажнения сложились лишь в конце июня - начале июля. Периоды недостаточного увлажнения были отмечены в конце апреля, третьей декаде мая - первой декаде июня, конце июля, августе и сентябре.
Сумма эффективных температур за вегетационный период превысила показатели средних многолетних наблюдений на 352С и равнялась 3222С. Сумма осадков - 308,5 мм. Гидротермический коэффициент в 2011 году составил - 0,94, т. е. увлажнение было недостаточным.
В лаборатории эколого-микробиологических исследований почв Всероссийского научно-исследовательского института сахарной свеклы им. А. Л. Мазлумова из чернозема выщелоченного в 2001 году был выделен аборигенный штамм микромицета-целлюлозолитика. Лабораторные и полевые исследования показали его положительное влияние на ускорение разложения соломы озимой пшеницы [Безлер Н.В., Колесникова М.В., 2009].
Для изучения его действия на трансформацию соломы другого вида зерновой культуры - ячменя, в 2009 году был заложен полевой опыт в зерно-паропропашном севообороте. Почвенные образцы отбирали в пару в 2009-2011 г.г. (после запашки соломы ячменя - прямое действие), в посевах озимой пшеницы в 2010-2011 г.г. и сахарной свеклы в 2011 г. (последействие деструкции соломы) под влиянием аборигенного штамма микромицета-целлюлозолитика.
Общая площадь полевого опыта составила 432 м , длина каждой делян-ки 5м, ширина 5,4м, площадь - 27м . Солому на делянки вносили вручную в дозе 4 т/га после уборки ячменя. Дополнительные компоненты (микромицет-целлюлозолитик, азотное удобрение и питательную добавку) непосредственно перед вспашкой. Микромицет-целлюлозолитик вносили на делянки в виде инокулюма. В качестве азотного удобрения была использована азофоска из расчета 40 кг действующего вещества на гектар. Внесение удобрения также осуществляли вручную. Питательную добавку вносили с помощью ранцевого опрыскивателя из расчета 200 л/га рабочего раствора.
Почвенные образцы отбирали в динамике (в мае, июле и сентябре) агрохимическим буром до глубины 25 см. В условиях лабораторного опыта в образцах почвы были определены основные химические и физико-химические почвенные показатели: общее содержание гумуса по методике И. В. Тюрина, содержание щелочногидроли зуемого азота по методу Корнфилда, подвижного фосфора и обменного калия - методом Чирикова, ГОСТ 26204-91, общего азота - по Кьельдалю, ГОСТ 26213-84, влажность почвы весовым методом [Аринушкина Е.В., 1970; Агро химические методы исследования почв, 1975]. Известно, что активность ферментов характеризует интенсивность различных агрономически значимых процессов, таких как формирование эффективного плодородия почвы, превращение гумусовых веществ и др. Определение активности гидролитических ферментов позволяет установить, в результате каких реакций происходит интенсивная минерализация органического вещества.
Как известно, в синтезе гумусовых веществ принимают участие ферменты типа полифенолоксидаз, а в процессах минерализации большую роль играют реакции, осуществляемые пероксидазой [Муромцев Г.С, 1976].
В свежих образцах почвы мы определяли активность следующих ферментов: каталазы, пероксидазы, полифенолоксидазы, уреазы (по Гал стяну А.Ш.), фосфатазы (по Галстяну А.Ш., Арутюнян Э.А.) [Хазиев Ф.Х., 2005].
Учет численности микроорганизмов различных физиологических, таксономических и эколого-трофических групп проводили методом высева почвенной суспензии разной степени разведения на элективные питательные среды [Сеги Й., 1983; Звягинцев Д.Г., 1980, 2005; Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И., 2004].
Численность аммонификаторов учитывали на мясо-пептонном агаре (МПА), микроорганизмов, использующих минеральный азот - на крахмало-аммиачном агаре (КАА), олигоазофиллов - на среде Эшби. Целлюлозолити-ческие микроорганизмы выделяли на среде Виноградского. Автохтонную группировку определяли на нитритном агаре (НА), зимогенную микрофлору - расчетным методом. Численность споровых бацилл - на мясо-пептонном сусле. Количество фосфобактерий - на среде Менкиной, микромицетов - на подкисленной среде Чапека [Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И., 2004].
Влияние запашки соломы ячменя совместно с азотом, микромицетом-целлюлозолитиком и питательной добавкой на каталазную активность почвы
Использование соломы совместно с азотным удобрением привело к уменьшению количества микромицетов в пару относительно контроля на 10,4 в мае, 9,44 в июле и на 3,91 тыс. КОЕ в 1 г а.с.п. в сентябре. На следующий год солома с азотом в наибольшей степени способствовала снижению числа микромицетов в почве. В июле их становится на 34,3% меньше, чем в контроле и на 30,8%, чем при запашке соломы с микромицетом-целлюлозолитиком. Однако на третий год последействие разложения соломы с минеральным удобрением способствовало значительному увеличению численности микромицетов к сентябрю (112,3 тыс. КОЕ в 1 г а.с.п.).
Запашка ячменной соломы и специализированного микроорганизма в пару в мае и июле не привела к значительным колебаниям численности микромицетов и только к осени достоверно снижала их количество на 22,9 тыс. КОЕ в 1 г а.с.п. относительно контроля (HCPos 7,04). На второй год разложения соломы ячменя с микромицетом-целлюлозолитиком в летний период наблюдений численность микромицетов увеличивалась на 7,3 тыс. КОЕ в 1 г а.с.п по сравнению с внесением соломы без дополнительных компонентов. В июле она снижалась (75,2 тыс. КОЕ) до уровня контрольного варианта (79,2 тыс. КОЕ в 1 г а.с.п.). Под сахарной свеклой в мае не было отмечено значительных изменений. Летом количество микромицетов уменьшалось до 53,7 тыс. КОЕ в 1 г а.с.п. и было ниже на 59,8% , чем при трансформации одной соломы. К сентябрю такая динамика сохранялась, но различие между вариантами составило 36,1%.
Таким образом, запашка соломы с микромицетом-целлюлозолитиком, азотным удобрением и питательной добавкой способствует стабилизации численности микроскопических грибов (значительная часть которых может быть факультативными фитопатогенами) в пару и под сахарной свеклой к концу вегетационного периода. Другая таксономическая группа микроорганизмов, участвующих в разложении сложных полимерных соединений, актиномицеты. Примерно 30% почвенной микрофлоры представлено актиномицетами. Это экологическая группа прокариот с мицелиальной организацией, принимающая участие в минерализационных процессах растительных и животных остатков и синтезе-разложении гумусовых веществ [Свистова И.Д., 2003]. Они обладают замедленным ростом и низкой энергией поддержания [Бабьева И.П. Зенова Г.М., 1983; Мурзаков Б.Г., Семенов A.M., Горчакова А.В., Ермекбаева Г.А., 1990].
Актиномицеты относительно устойчивы к недостатку влаги и широко распространены в сухих почвах, особенно в летние месяцы, но наибольшее их количество встречается в почвах, богатых растительными остатками.
Эти микроорганизмы обладают мощным деструктивным аппаратом и развиваются на субстратах, обедненных мобильными соединениями [Стефу-рак В.П., Усатая А.С., Фрунзе Н.И., Катрук З.А., 1990]. Более активное развитие актиномицетов свидетельствует о более глубоких минерализационных процессах [Щербаков А.П., Кутовая Н.Я., Девятова Т.А, 1993]. Они включаются в трансформацию органического вещества, уже подвергшемуся деструкции. Их численность в большей степени определяется наличием в почве субстрата, чем другими факторами [Девятова Т.А., Безлер Н.В., Антонюк А.Н., 2003].
Актиномицеты образуют темноокрашенные пигменты - меланины, являющиеся предшественниками гумусовых веществ в почве. Принимая участие в поддержании почвенного плодородия, они могут участвовать в накоплении биологически активных веществ и формировании азотного баланса почв, стимулируя процесс аммонификации [Александрова Л.Н., 1962; Кононова М.М., 1963; Орлов Д.С., Бирюкова О.Н., Рыжова И.М., 1997; Звягинцев Д.Г., 2001; Безлер Н.В., Щеглов Д.И., Куликова Е.В., Дворянкин Е.А., 2006].
Актиномицеты обладают еще одним важным свойством - способностью образовывать антибиотики, которые оказывают губительное воздейст виє на различных возбудителей болезней и, таким образом, играют важную роль в поддержании биологического равновесия в почве [Войнова-Райкова Ж. и др., 1986].
Актиномицеты доминируют на поздних стадиях микробной сукцессии, когда создаются условия для использования труднодоступных субстратов.
Учет их численности в пару выявил четкую сезонную динамику. В мае и сентябре наибольшее количество актиномицетов зафиксировано в контрольном варианте: 1,51 и 2,10 млн. КОЕ в 1 г а.с.п., соответственно. Только на следующий год к концу вегетации озимой пшеницы численность этой микрофлоры снижалась до 1,09 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. Под сахарной свеклой в мае и июле она продолжила сокращаться: 0,67; 0,46 млн. КОЕ, а к сентябрю увеличивалась в 3,0 раза относительно их численности в июле (табл. 7).
Запашка соломы в пару замедляет развитие актиномицетов на протяжении всего периода наблюдений. И если в мае их численность на 10,6% ниже контроля, в июле - на 15,1%, то к сентябрю уже на 50,5%. Негативное действие соломы сохраняется и в посевах озимой пшеницы. Здесь их было выделено в 1,4 и 1,6 раза меньше, чем в контроле соответственно в мае и июле. В посевах сахарной свеклы внесение соломы без дополнительных компонентов заметно снижало содержание в почве изучаемой группы микроорганизмов на 64,2% относительно контроля. Только к сентябрю наметилась тенденция к увеличению содержания актиномицетов, здесь оно превышало контроль на 0,12 млн. КОЕ в 1 г а.с.п. Такая динамика может свидетельствовать о большом содержании трудноразлагаемых веществ в почве.
