CC BY
26
Вестник Курганской ГСХА № 4, 2014 Биология и втринария 33
УДК 631.461:631.82
А. А. Постовалов
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В РИЗОСФЕРЕ ГОРОХА ПРИ ВНЕСЕНИИ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
ФГБОУ ВПО «КУРГАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ Т. С. МАЛЬЦЕВА»
A. A. Postovalov MICROBIOLOGICAL PROCESSES IN THE RHIZOSPHERE OF PEAS IN MAKING FERTILIZER FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION «KURGAN STATE AGRICULTURAL ACADEMY BY T. S. MALTSEV»
Исследованиями установлено, что микробиологическая активность почвы в ризосфере гороха существенно увеличивалась под влиянием минеральных удобрений: увеличивались эмиссия СО2 почвой, целлюлозоразлагающая, протеолитическая, ката-лазная и инвертазная активности почвы. При внесении удобрений отмечалось увеличение числа ассоциаций почвенных микроорганизмов. Количество аммонифицирующих и нитрифицирующих бактерий повышалось в июне, а денитрифицирующих - в июле. Наибольшая активность азотфиксирующих бактерий зафиксирована при внесении комплексных удобрений.
Ключевые слова: ризосфера, микроорганизмы, ферментативная активность, минеральные удобрения.
Research has shown that the soil microbiological activity in the rhizosphere peas significantly improves under the influence of mineral fertilizers: increased CO2 emissions to the soil, cellulose-decomposing, proteolytic, catalase and invertase activity of the soil. In making fertilizers, an increase in the number of associations of soil microorganisms. The number of ammonifying and nitrifying bacterias increased in June, and denitrifying in July. The greatest activity of nitrogen-fixing bacteria recorded in making complex fertilizers.
Key words: rhizosphere, microorganisms, fermentation activity, mineral fertilizers.
Алексей Александрович Постовалов
Alexey Aleksandrovich Postovalov кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
E-mail: [email protected]
Введение. Агроэкосистемы, как искусственно созданные человеком системы, длительное время могут существовать только при биологически грамотном подходе к регулированию функций. Важным звеном, обеспечивающим стабильное функционирование почвенной экосистемы, является деятельность микроорганизмов. При введении в почвенную экосистему удобрений, как фактора повышения плодородия почвы, анализ показателей жизнедеятельности почвенных микроорганизмов становится особенно важным [1], поскольку они характеризуют условия, благоприятные или неблагоприятные для питания и развития растений, и могут быть использованы для оценки состояния агроэкосистем [2].
Целью исследований являлось изучение влияния минеральных удобрений на микробиологические процессы в ризосфере гороха на чернозёме выщелоченном.
Методика. Полевые исследования проводили в 2007-2009 гг. на посевах гороха. В опытах было предусмотрено внесение минеральных удобрений по схеме: контроль (удобрения не вносились), К20 (мочевина), Р40 (суперфосфат двойной), ^0Р40 (нитроаммо-фосфат), К20Р40К20 (нитроаммофоска). Удобрения вносили перед посевом под предпосевную культивацию.
Микробиологические наблюдения проводились на чернозёме выщелоченном среднемощном среднесу-глинистом с использованием простых и доступных микробиологических методов. Структуру сапротрофного бактериального комплекса исследовали методом посева почвенной суспензии на стандартные питательные среды: аммонификаторы - на мясо-пептонном агаре (МПА), нитрификаторы - на среде Виноградского, оли-гонитрофилы и бактерии, фиксирующие азот, - на среде Эшби, денитрификаторы и целлюлозоразлагающие микроорганизмы - на среде Гетчинсона. Численность микроорганизмов выражали в колониеобразующих единицах - КОЕ на 1 грамм почвы [3]. Активность целлю-лазы и протеазы определяли аппликационным методом, активность каталазы - газометрическим способом [3], активность инвертазы - по А. И. Чундеровой (1971) [4], количество выделяемого углекислого газа определяли в лабораторных условиях в течение 7 суток согласно существующей методике [5]. Образцы почвы для анализа отбирали вблизи корневой системы растений.
Результаты исследований. Один из способов оценки микробиологической активности почвы -это измерение количества выделившегося углекислого газа (дыхание почвенной биоты), поскольку на долю дыхания микроорганизмов в общем потоке СО2, выделяющегося при дыхании почвы, приходится не менее 85 % [1]. При внесении минераль-
ных удобрений значительно увеличивалось выделение СО2 в первые сутки опыта по сравнению с кон -трольным вариантом. При внесении фосфорного удобрения в дозе 40 кг/га диоксида углерода выделилось меньше (43,6 мкг/час), чем в других вариантах с использованием удобрений (рисунок 1).
Рисунок 1 - Эмиссия СО2 из почвы при внесении минеральных удобрений, мкг/ч
Наибольшее количество выделившегося СО2 отмечалось в варианте с внесением азотных и комплексных удобрений: до 49,2 мкг/час. В последующие сутки эмиссия диоксида углерода во всех вариантах опыта уменьшалась, и на 6-7 сутки активность почвенной микрофлоры стала почти одинаковой: от 21,4 до 22,2 мкг/час.
В полевых условиях для оценки активности целлюлозоразлагающих и протеолитических ферментов пользовались простыми и проверенными аппликационными методами, которые объективно характеризовали экологическое состояние агроце-ноза в течение вегетационного периода. По активности целлюлозоразлагающих ферментов в почве можно судить о биоклиматических и экологических условиях почвообразования, интенсивности биохимических процессов, биологическом круговороте элементов питания и обеспечении ими культурных растений, т. к. хорошие условия жизнедеятельности целлюлозоразлагающих микроорганизмов близки к оптимальным для произрастания полевых культур [6].
Анализ почвенных образцов в первый срок отбора показал, что активность целлюлазы в контрольном варианте составляла 4,37 %, а в остальных вариантах опыта была существенно выше. Внесение
в почву К20, ^0Р40 и К20Р40К20 увеличивали активность целлюлазы в 2,1-2,3 раза по сравнению с кон -тролем. Следует отметить, что активность целлюло-зоразлагающих ферментов в этот период была довольно низкой (таб-лица 1). В июле активность цел-люлозоразлагающих ферментов возросла более чем в 2 раза по сравнению с июнем. При внесении минеральных удобрений она составляла 10,15-12,17 %, против 8,95 % в контроле.
Протеазную активность считают важнейшим свойством почвы, способствующим круговороту иммобилизованного азота. Активность протеолитиче-ских ферментов наиболее полно отражает скорость и направленность процессов трансформации азотсодержащих органических соединений, по их активности судят о степени интенсивности минерализации белковых соединений в почве [7]. Активность проте-азы в июне достоверно повышалась, по сравнению с контролем, до 16,49 % при внесении азотного и фосфорного удобрений. При комплексном внесении минеральных удобрений она снижалась до 14,00 %. В июле наблюдалось уменьшение активности проте-олитических ферментов в 1,2-1,3 раза по сравнению с предыдущим сроком, и тенденция снижения активности при комплексном внесении удобрений сохранилась.
Вестник Курганской ГСХА № 4, 2014 Виаюгюи ваперччарчя 35
Таблица 1 - Ферментативная активность почвы при внесении минеральных удобрений
Вариант Активность ферментов Сумма относительных показателей, %
целлюлазы, % протеазы, % каталазы, О2 см3/г за 2 мин инвертазы, мг глюкозы на 1 г за 24 ч
июнь июль июнь июль июнь июль июнь июль июнь июль
Контроль 4,37 50,1 8,95 73,5 15,88 96,3 11,11 76,0 3,03 80,4 4,03 75,6 14,73 62,3 30,82 65,5 289,1 290,6
N20 7,96 91,3 12,17 100,0 16,37 99,3 13,45 92,0 2,87 76,1 4,30 80,7 17,59 74,4 35,25 75,0 341,1 347,7
Р40 5,39 61,8 10,15 83,4 16,49 100,0 14,62 100,0 3,17 84,1 4,80 90,1 20,71 87,6 42,86 91,2 333,5 364,7
^0Р40 8,31 95,3 10,80 88,7 15,29 92,7 9,68 66,2 3,67 97,3 5,00 93,8 19,60 82,9 45,52 96,9 368,2 345,6
^0Р40К20 8,72 100,0 11,40 93,7 14,00 84,9 12,35 84,5 3,77 100,0 5,33 100,0 23,65 100,0 46,97 100,0 384,9 378,2
НСР05 1,30 1,80 0,40 1,30 0,30 0,43 0,60 0,70 - -
Примечание: в числителе - абсолютные показатели, в знаменателе - относительные, %.
Каталаза широко представлена в клетках живых организмов, роль каталазы заключается в разрушении ядовитой для живых организмов перекиси водорода. Активность каталазы существенно повышалась при внесении в почву азотно-фосфорного и полного минеральных удобрений до 3,67 и 3,77 см3/г О2 за 2 минуты соответственно, в июле эти показатели увеличивались в среднем в 1,4 раза. В остальных вариантах опыта активность каталазы была на уровне контроля.
Инвертаза разрушает углеводы и близкие к ним вещества в почвенном органическом веществе, она является одним из важных ферментов, характеризующих биологическую активность почвы. Активность инвертазы существенно повышалась при внесении всех минеральных удобрений. Максимальная активность фермента наблюдалась при внесении полного минерального удобрения и составила 23,65 мг глюкозы на 1 грамм почвы за 24 часа. В июле отмечалось повышение активности инверта-зы по сравнению с предыдущим месяцем более чем в 2 раза. Активность инвертазы при внесении в почву ^0Р40 и К20Р40К20 была максимальной и составила 45,52 и 46,97 мг глюкозы / (г почвы) за 24 ч соответственно.
Относительный метод оценки биологической активности почвы позволяет определить влияние минеральных удобрений на микробиологические процессы на основе комплексного показателя, выраженного в процентах. Суммарная микробиологическая активность повышалась на всех вариантах с внесением минеральных удобрений. В июне максимальная суммарная активность наблюдалась при применении
сложных удобрений - 368,2 и 384,9 %, в июле на этих вариантах отмечалось незначительное снижение активности до 345,6-378,2 %. В целом, в июле суммарная микробиологическая активность на вариантах с внесением минеральных удобрений была существенно выше контроля.
Критерием оценки воздействия на почвенную экосистему минеральных удобрений может служить и учёт численности основных эколого-трофических групп микроорганизмов, например, микроорганизмов, участвующих в круговороте азота.
Численность аммонификаторов и нитрификато-ров в июне существенно увеличивалась при внесении в почву минеральных удобрений. Максимальное количество микроорганизмов этих групп было отмечено при внесении полного минерального удобрения и составило соответственно 5,70 и 3,83 млн КОЕ/ (г почвы) (таблица 2). В июле в вариантах с внесением минеральных удобрений наблюдалось снижение численности этих групп микроорганизмов в среднем в 1,5-2,0 раза, относительно июня. Численность популяций денитрифицирующих и целлюлозоразлага-ющих микроорганизмов в июне после внесения азотного удобрения в 1,5-2,0 раза выше по сравнению со всеми изучаемыми вариантами. В июле происходило увеличение этих групп микроорганизмов более чем в 2 раза, что свидетельствует об интенсивном разложении органического вещества в почве.
После внесения комплексных удобрений в июне увеличивалось количество азотфиксирую-щих и олигонитрофильных микроорганизмов до 0,70-1,01 млн КОЕ/(г почвы), что существенно выше, чем в контроле, при внесении азотно-
го и фосфорного удобрений отмечалось достоверное снижение этих групп микроорганизмов до 0,19 млн КОЕ/(г почвы). В июле происходило снижение числа азотфиксаторов в 1,5-2,0 раза, исключение составляли варианты с внесением азотного и фосфорного удобрений, где их численность оставалась на уровне предыдущего учета или несколько выше. Таким образом, активность почвенных микроорганизмов существенно увеличивалась в июне при внесении в почву комплексных минеральных удобрений.
Выводы. Микробиологическая активность почвы в ризосфере гороха, определяемая на основе многих биологических показателей (активность почвенных ферментов, численность ассоциаций почвенных микроорганизмов), существенно увеличивается под влиянием минеральных удобрений.
В первые сутки после внесения минеральных удобрений увеличивалась эмиссия СО2 почвой до 49,2 мкг/ч, особенно при внесении комплексных удобрений, в последующие сутки наблюдалось уменьшение выделения диоксида углерода. После внесения минеральных удобрений отмечалось увеличение целлюлозоразлагающей, протеолитической, каталаз-ной и инвертазной активности почвы. По сумме относительных показателей варианты с внесением комплексных удобрений получили наивысшую оценку.
При внесении удобрений отмечалось увеличение числа аммонифицирующих и нитрифицирующих микроорганизмов в июне, в июле их численность была на уровне контроля или несколько ниже. Количество цел-люлозоразлагающих и денитрифицирующих микроорганизмов в июле увеличивалось более чем в 2 раза по сравнению с июнем: максимальное значение при внесении азотного удобрения - 0,21 млн КОЕ/(г почвы). Наибольшая активность олигонитрофильной и азот-фиксирующих группировок отмечалась при внесении комплексных удобрений.
В июле количество всех изучаемых групп микроорганизмов было на уровне контроля или ниже.
Наивысшую относительную оценку в июне получили варианты с внесением сложных минеральных удобрений: 285,8-350,0 %, варианты с азотным и фосфорным удобрениями оценивались также выше контроля. В июле наблюдалось увеличение суммы относительных показателей с максимальным значением, 343,5 %, при внесении ^оР, в остальных вариантах эти значения были ниже или на уровне контроля.
Список литературы
1 Матаруева И. А. Об оценке микробиологической активности дерново-подзолистых почв // Почвоведение. - 1998. - № 1. - С. 78-87.
2 Шатохина С. Ф., Христенко С. И. Влияние химикатов на биологическую активность чернозёма южного // Почвоведение. - 1998. - № 8. - С. 957-963.
3 Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д. Г. Звягинцева. - М.: Изд-во МГУ, 1980. - 224 с.
4 Чундерова А. И. К методике определения активности инвертазы в почве // Микробиологические и биохимические исследования почв. - Киев, 1971. - С. 128-130.
5 Беличев А. А., Степановских А. С. Метод оценки реакции почвенной микрофлоры на действие эко-токсикантов // Экологизация технологий: проблемы и решения: научные сообщения Курганского Центра МАНЭБ. - Курган, 1998. - С. 84-86.
6 Манжосов В. П., Маймусов В. Н., Чигаев А. М. Изменение целлюлозолитической способности дерно-во-подзолистой почвы при её обработке и удобрении // Почвоведение. - 1993. - № 5. - С. 92-95.
7 Влияние системы удобрений на протеолити-ческую активность почвы / М.А. Бардышев [и др.] // Почвоведение. - 1995. - № 12. - С. 1504-1508.
Таблица 2 - Влияние минеральных удобрений на численность эколого-трофических групп микроорганизмов
Вариант Численность микроорганизмов по группам, млн КОЕ/(г почвы) Сумма относительных показателей, %
аммони-( жкаторы нитри-фикаторы денитри-фикаторы азотфиксаторы
июнь июль июнь июль июнь июль июнь июль июнь июль
Контроль 2,25 39,5 2,35 85,5 2,48 64,8 2,93 100,0 0,06 60,0 0,13 61,9 0,52 51,5 0,36 85,7 215,4 333,1
N20 3,40 59,6 1,95 70,9 3,28 85,6 2,30 78,5 0,10 100,0 0,21 100,0 0,19 18,8 0,27 64,3 264,0 313,7
Р40 5,53 97,0 2,45 89,1 3,35 87,5 2,13 72,7 0,04 40,0 0,16 76,2 0,35 34,7 0,36 85,7 259,2 323,7
^0Р40 4,65 81,6 2,75 100,0 3,25 84,9 2,53 86,3 0,05 50,0 0,14 66,7 0,70 69,3 0,38 90,5 285,8 343,5
^0Р40К20 5,70 100,0 2,50 90,9 3,83 100,0 2,45 83,6 0,05 50,0 0,12 57,1 1,01 100,0 0,42 100,0 350,0 331,6
НСР05 2,25 0,40 0,50 0,40 0,02 0,04 0,08 0,05 - -
Примечание: в числителе - абсолютные показатели, в знаменателе - относительные, %.
