CC BY
104
УДК 631.445.4:631.86/87 Д. Д. АУЖАНОВА
Н. А. ПОПОЛЗУХИНА О. Ф. ХАМОВА Е. В. ПАДЕРИНА А. А. БОЖКО
Омский государственный аграрный университет им. П. А. Столыпина
Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии, г. Омск
№
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ В ЗАВИСИМОСТИ
ОТ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ГЕНОТИПОВ ЯРОВОЙ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ АССОЦИАТИВНЫМИ ДИАЗОТРОФАМИ
Инокуляция семян яровой мягкой пшеницы биопрепаратом ассоциативных азотфиксаторов способствовала увеличению численности отдельных групп микроорганизмов в ризосфере культуры. Данные трехфакторного дисперсионного анализа свидетельствуют о том, что на микробиологическую активность почвы значительное влияние оказывают условия года, доля вклада отдельных генотипов составляет 14,6 %, вклад в изменчивость микробиологических показателей различного рода взаимодействий факторов варьирует от 12,7 до 14,0 %. Процессы минерализации органического вещества преобладали над процессами иммобилизации.
Ключевые слова: ассотиативная азотфиксация; ризосфера; яровая мягкая пшеница; коэффициенты минерализации, иммобилизации, трансформации.
Биологическая фиксация — основной источник пополнения азотного фонда почвы и питания растений, превосходящий по своему объему индустрию азотных удобрений. Микробная азотфиксация осуществляется за счет энергии Солнца и позволяет избежать громадных затрат энергетического сырья, кроме того, микробиологическая фиксация атмосферного азота — единственный экологически чистый путь снабжения растений доступным азотом, при котором принципиально невозможно загрязнение почв, воды и воздуха [1].
Одним из возможных путей снижения расходования азотных удобрений, а также повышения коэффициента их использования является применение микробиологических препаратов, способствующих сохранению природных экологических
систем и реализации потенциальной продуктивности растений за счет адаптивных свойств [2]. Проблема поиска эффективных азотфиксаторов при всей ее сложности чрезвычайно актуальна. Прикорневая зона растений является наиболее благоприятной средой для размножения диазотрофов.
Применение биологических препаратов позволяет мобилизовать природные источники азота для питания растений, снизить агрохимическую нагрузку на почву и повысить производство экологически чистой продукции растениеводства [3].
Исследований по ассоциативной азотфиксации в нашей стране выполнено мало. Наиболее известные из них работы М. М. Умарова, А. А. Белимо-ва, П. Р. Шотта, И. Ф. Храмцова, М. Б. Хусаинова, Н. А. Воронковой.
К И
Рис. 1. Численность микроорганизмов в 1 г абсолютно сухой почвы (в среднем за 2011—2013 гг.)
контроль инокуляция
В проведенных ранее исследованиях [4] нами было выявлено действие биопрепарата на основе ассоциативных азотфиксаторов на урожайность и качество зерна яровой мягкой пшеницы.
Целью данной работы явилось изучение влияния биопрепарата ассоциативных азотфиксаторов на микробиологическую активность лугово-черно-земной почвы в ризосфере различных сортов яровой мягкой пшеницы.
Материалы и методы. Полевые исследования проводились на опытных полях отдела семеноводства, лабораторные анализы — в лабораториях микробиологии и агрохимии ГНУ СибНИИСХ Рос-сельхозакадемии в течение 2011—2013 годов.
В качестве объекта исследований были использованы: сорта яровой мягкой пшеницы селекции ГНУ СибНИИСХ 3-х групп спелости — среднеранней (сорт стандарт Памяти Азиева), среднеспелой (сорт
стандарт Дуэт), среднепоздней (сорт стандарт Омская 35); биопрепарат ризоагрин (ГНУ ВНИИСХМ, Санкт-Петербург — Пушкин); почва опытного участка — лугово-черноземная выщелоченная средне-мощная тяжелосуглинистая с содержанием гумуса 6,4 — 6,6 % (по Тюрину); подвижного фосфора и обменного калия 101 — 120 и 350 — 420 мг/кг почвы (по Чирикову), соответственно; суммой поглощенных оснований 26 — 48 мг экв./100 г; рНсол — 6,5 — 6,7 (по данным лаборатории агрохимии СибНИИСХ).
Метеорологические условия 2011 года характеризовались раннелетней засухой и обильным выпадением осадков во второй половине лета. Вегетационный период 2012 года был очень жарким и засушливым. 2013 год отличался прохладной погодой в течение всего вегетационного периода.
Полевые опыты закладывались на делянках площадью 3 м2, повторность опыта 5-кратная. Посев
14,0
14,6
11,0
13,2
12,7
6,0
28,6
□ сорт (А) Н инокуляция (В)
и год (С) □ взаимодействие факторов (АВ)
□ взаимодействие факторов (АС) И взаимодействие факторов (ВС)
□ взаимодействие факторов (АВС)
Рис. 2. Доля влияния отдельных факторов на численность микроорганизмов, % (в среднем для всех групп за 2011—2013 гг.)
№
делянок осуществлялся сеялкой ССФК - 7 с нормой высева 5 млн всхожих зерен на га, уборка — комбайном Неде 125. Срок посева — 18 — 20 мая. Предшественник — зерновые (вторая культура после пара).
Перед посевом в почве определяли запасы продуктивной влаги в слое 0 — 20 и 0—100 см, а также содержание основных элементов питания [5].
Отбор почвенных проб проводился в периоды колошения (1-й срок) и налива зерна (2-й срок). Численность почвенных микроорганизмов определяли в лаборатории микробиологии ГНУ Сиб-НИИСХ путем высева на твердые питательные среды: мясо-пептонный агар (МПА) для бактерий, утилизирующих органические соединения азота; крахмало-аммиачный (КАА) для микроорганизмов, потребляющих минеральный азот; олигонитрофилы— на среде Мишустиной; водный выщелоченный агар с добавлением двойной аммонийно-магниевой соли фосфорной кислоты использовали для нитрификато-ров, подкисленную среду Чапека — для грибов [6].
По соотношению групп микроорганизмов были рассчитаны коэффициенты минерализации — соотношение числа амилолитических микроорганизмов к аммонифицирующим (КАА/МПА), иммобилизации — соотношение аммонификаторов к микроорганизмам, потребляющим минеральный азот (МПА/ КАА) [7].
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом дисперсионного трехфак-торного анализа в изложении Б. А. Доспехова [8].
Результаты и их обсуждение. Весеннее обследование опытного поля показало, что запасы продуктивной влаги перед посевом зерновых культур в пахотном слое почвы (0 — 20 см) по шкале увлажнения А. М. Ильина соответствуют градации недостаточно-влажная в 2011 г. и умеренно-влажная в 2012 — 2013 гг. Метровый слой почвы в годы исследований характеризовался как умеренно-влажный.
Обеспеченность верхнего 40-сантиметрового слоя почвы нитратным азотом весной перед посевом, в соответствии с градацией А. Е. Кочергина была низкой в 2011—2012 гг. и очень низкой в 2013 г. Обеспеченность пахотного слоя почвы перед посевом во все годы изучения подвижным фосфором была очень высокой, а обменным калием повышенная.
В среднем за годы исследований количество сапрофитных бактерий, определяемых на мясо-пеп-тонном агаре (МПА), было выше в первый срок отбора проб (фаза колошения), что объясняется лучшим увлажнением почвы в сравнении с периодом налива зерна. Из всех сортов выделился сорт
Памяти Азиева, в ризосфере которого численность бактерий на МПА в варианте с инокуляцией превысила вариант без инокуляции на 18,0 % (рис. 1).
Количество микроорганизмов, потребляющих минеральный азот (ЫН3), растущих на крахмально-аммиачном агаре (КАА), увеличивалось к фазе колошения, с чем связано повышение мобилизационных процессов. По численности микроорганизмов, использующих минеральные соединения азота на КАА, выделился сорт Омская 35, у которого превышение над контролем составило 2,18 млн КОЕ/г, или 4 %.
В результате процессов минерализации азотсодержащих органических соединений в почве образовался конечный продукт разложения — аммиак, поэтому к наливу зерна возросла численность ни-трификаторов. Наибольшее количество микроорганизмов, участвующих в окислении восстановленных форм азота, наблюдалось в ризосфере сорта Дуэт, превышение по этому показателю над контролем составило 0,28 тыс. КОЕ/г, или 19 %.
Главной особенностью олигонитрофилов, фиксирующих атмосферный азот, является способность развиваться при очень низком содержании азота. Численность этой группы микроорганизмов увеличивалась в фазу колошения в ризосфере ино-кулированных сортов: Памяти Азиева и Омская 35 — на 34 % и на 6 % соответственно.
Интерес представляют грибы, реакция которых на обработку биопрепаратом зависела от содержания основных элементов питания в почве и от гидротермических условий в годы исследований. Численность грибов в ризофере сортов увеличилась по отношению к контролю к фазе налива зерна, что связано с выпадением осадков и поступлением в почву дополнительных источников питания в виде корневого и листового опада, корневых выделений и т. д. По данной группе микроорганизмов выделились сорта: Памяти Азиева и Дуэт, в ризосфере которых при инокуляции их численность увеличилась на 9,16 тыс. КОЕ/г и на 2,13 тыс. КОЕ/г соответственно.
Инокуляция оказала стимулирующее действие на общую численность микрооорганизмов, которая повысилась у всех исследуемых сортов в период налива зерна. В ризосфере инокулированных растений сортов Памяти Азиева и Омская 35 общая численность микроорганизмов была выше в сравнении с контролем без инокуляции на 11 % и 40 % соответственно.
Дисперсионный анализ данных трехфакторно-го опыта, представленный на рис. 2, показал, что
Таблица 1
Доля влияния факторов на численность микроорганизмов, % (в среднем за 2011—2013 гг.)
Фактор бактерии на МПА микроорганизмы на КАА олигонит-рофилы нитрифи-каторы грибы общее кол-во микроорганизмов
Сорт (А) 24,97 18,58 10,10 5,45 12,36 16,23
Инокуляция (В) 0,01* 10,74 5,39 0,38* 0,03* 19,22
Год (С) 14,20 18,18 38,99 80,54 11,16 8,32
Взаимодействие факторов (АВ) 17,66 10,35 17,37 2,74 5,89 22,28
Взаимодействие факторов (АС) 15,66 14,75 14,31 1,72 21,54 10,92
Взаимодействие факторов (ВС) 15,29 11,57 0,77* 5,02 23,48 9,99
Взаимодействие факторов (АВС) 12,22 15,83 13,08 4,15 25,55 13,04
'недостоверно
Таблица 2
Влияние инокуляции на показатели минерализации, иммобилизации, (в среднем за 2011-2013 гг.)
Сорт Коэффициент
минерализации (КАА/МПА) иммобилизации (МПА/КАА)
колошение налив зерна колошение налив зерна
Памяти Азиева, К* 0,55 2,32 1,82 0,43
Памяти Азиева, И** 0,71 1,63 1,40 0,61
Дуэт, К* 0,76 1,96 1,31 0,51
Дуэт, И** 0,85 1,82 1,17 0,55
Омская 35, К* 0,86 2,01 1,16 0,50
Омская 35, И** 0,86 2,33 1,16 0,43
К* - контроль И** - инокуляция
определяющее влияние на микробиологическую активность почвы оказали условия года (28,6 %), доля вклада генотипа составила 14,6 %, инокуляции — 6 %, различного рода взаимодействия факторов — от 12,7 до 14,0 %.
Однако следует отметить, что влияние изучаемых признаков на численность отдельных групп микроорганизмов неравноценно (табл. 1). Так, условия года являлись определяющими для нитрифика-торов (80,5 %), олигонитрофилов (39,0 %) и бактерий на КАА (18,6 %),
Генотип сорта оказал значительное влияние на численность бактерий на МПА (25,0 %) и микроорганизмов на КАА (18,6 %). Для общего количества микроорганизмов было отмечено наибольшее влияние инокуляции (19,2 %) и взаимодействия факторов АВ (22,3 %). Значительным было влияние взаимодействия факторов АС (14,7 %) и АВС (15,8 %) для бактерий на КАА. Доля влияния взаимодействия факторов АС, ВС и АВС на численность грибов составила 21,5 %, 23,5 % и 25,5 % соответственно.
Численность бактерий, определяемых на МПА, в контрольном варианте положительно коррелировала с содержанием нитратного азота в почве (г = 0,84).
Положительная корреляция наблюдалась также между содержанием азота в почве и микроорганизмами на КАА в варианте с инокуляцией (г = 0,80). Общее количество микроорганизмов у иноку-
лированных сортов зависело от содержания Ы-Н03 (г = 0,70).
По данным табл. 2 видно, что в условиях проведенного исследования процессы минерализации растительных остатков преобладали над процессами иммобилизации. В варианте с инокуляцией семян коэффициент минерализации, который является показателем интенсивности почвенных процессов, был выше в ризосфере таких сортов, как Дуэт и Омская 35. Коэффициент иммобилизации минерального азота, отражающий процесс закрепления азота в составе органического вещества почвы, имеет иные количественные показатели, чем коэффициент минерализации. Так, интенсивность процессов иммобилизации, напротив, сильнее выражена у сортов Дуэт и Омская 35 в контрольном варианте, без инокуляции.
Выводы. Инокуляция семян яровой мягкой пшеницы биопрепаратом ассоциативных азотфик-саторов способствовала увеличению численности отдельных групп микроорганизмов в ризосфере культуры. Так, по количеству бактерий — сапро-фитов на МПА выделился сорт Памяти Азиева, по количеству микроорганизмов на КАА — сорт Омская 35, по численности нитрификаторов со значительным превышением над контролем — сорт Дуэт. Олигонитрофилы хорошо размножались в ризосфере таких сортов, как Памяти Азиева и Омская 35, эти же сорта выделились по общему количеству
микроорганизмов; немаловажную функцию в почве выполняли грибы, инокуляция повысила их численность в ризосфере сортов Дуэт и Памяти Азиева на 2 — 9 тыс. КОЕ/г соответственно.
На микробиологическую активность почвы значительное влияние оказывали условия года, доля вклада отдельных генотипов составила 14,6 %, вклад в изменчивость микробиологических показателей различного рода взаимодействий факторов варьировал от 12,7 до 14,0 %. Численность бактерий на МПА и микроорганизмов на КАА положительно коррелировала с содержанием N-N0^ как в контрольном варианте, так и в варианте с инокуляцией. Между общим количеством микроорганизмов и нитратным азотом связь была положительной в варианте с инокуляцией.
Процессы минерализации преобладали над процессами иммобилизации. Минерализация органического вещества в варианте с инокуляцией была интенсивнее, чем на контроле у таких сортов, как Дуэт и Омская 35, процессы иммобилизации у этих же сортов интенсивнее проявлялись в контрольном варианте.
Библиографический список
1. Умаров, М. М. Современное состояние и перспективы исследований микробной азотфиксации / М. М. Умаров // Перспективы развития почвенной биологии. — М., 2001. — С. 47-56.
2. Кожемяков, А. П. Использование инокулянтов бобовых и биопрепаратов комплексного действия в сельском хозяйстве / А. П. Кожемяков, И. А. Тихонович // Доклады Россельхозака-демии. - 1998. - № 6. - С. 7-10.
3. Шабаев, В. П. Бактерии могут заменить минеральные удобрения / В. П. Шабаев // Химия и жизнь - XXI век [Электронный ресурс]. - Режим доступа : www.hij.ru (дата обращения: 17.03.2014).
4. Аужанова, А. Д. Действие биопрепарата на основе ассоциативных азотфиксаторов на урожайность и качество зерна яровой мягкой пшеницы / А. Д. Аужанова, Н. А. Поползухина // Сб. науч. тр. Ставропольского НИИЖК. - 2013. - Т. 3.
Вып. 6. - С. 28-33 [Электронный ресурс]. - Режим доступа : www.elibrary.ru (дата обращения: 18.03.2014).
5. Аринушкина, Е. В. Руководство по химическому анализу почв / Е. В. Аринушкина. - М. : МГУ,1970. - 325 с.
6. Большой практикум по микробиологии / Т. Е. Аристов-ская [и др.]. - М. : Высшая школа, 1962. - 490 с.
7. Муха, В. Д. О показателях, отражающих интенсивность и направленность почвенных процессов / В. Д. Муха // Сб. науч. тр. Харьковского СХИ. - Харьков, 1980. - Т. 233. -С. 13-16.
8. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта / Б. А. Доспехов. - М. : Колос, 1979. - 416 с.
>
АУЖАНОВА Асаргуль Дюсембаевна, аспирантка кафедры экологии, природопользования и биологии Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина.
ПОПОЛЗУХИНА Нина Алексеевна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор (Россия), профессор кафедры экологии, природопользования и биологии Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина. ХАМОВА Ольга Фёдоровна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории микробиологии ГНУ «Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии».
ПАДЕРИНА Елена Васильевна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник лаборатории микробиологии ГНУ «Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии».
БОЖКО Андрей Александрович, магистрант группы 26 кафедры экологии, природопользования и биологии Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 30.06.2014 г. © А. Д. Аужанова, Н. А. Поползухина, О. Ф. Хамова, Е. В. Падерина, А. А. Божко
Книжная полка
57/Х30
Хван, Т. А. Экология. Основы рационального природопользования : учеб. пособие: для студентов вузов / Т. А. Хван, М. В. Шинкина. - 5-е изд., перераб. и доп. - М. : Юрайт, 2011. - 1[319] о=эл. опт. диск (DVD-ROM). - ISBN 978-5-99161283-8.
Учебное пособие написано в соответствии с государственным образовательным стандартом. Рассмотрены основные вопросы экологии и охраны окружающей среды; особенности взаимодействия общества и природы; принципы и методы рационального природопользования; экологическое регулирование и прогнозирование последствий природопользования; современное состояние окружающей среды России; основные загрязняющие вещества атмосферы, гидросферы и литосферы и их источники; теоретические и практические вопросы мониторинга окружающей среды; глобальные проблемы экологии (рациональное природопользование, изобилие отходов, сохранение видового разнообразия планеты, особо охраняемые природные территории и др.); государственные, правовые и социальные аспекты охраны окружающей среды.
