Известно [1], что продуктивность сельскохозяйственных земель состоит в тесной взаимосвязи с жизнедеятельностью почвенных микроорганизмов, поскольку протекающие в почве процессы микробиологического превращения вещества отражаются на условиях роста и питания растений. С другой стороны, факт зависимости продуктивности культурных растений от содержания гумусовых веществ в почве и их качественного состава давно считается очевидным [2, 3]. Однако гумус и его сопутствующие компоненты относятся к трудноминерализуемой части органического вещества, которая становится доступной для растений только после трансформации микробиоценозом почвы [4, 5]. Поэтому вопросы изучения микробиологического превращения органического вещества почвы в легкодоступные для растений формы, а также вопросы преобразования гумусовых веществ от применения новых видов удобрений, несомненно, заслуживают особого внимания [6, 7].
Согласно теории академика Виноградского, существующий в почве микробный пул условно делится на две группы: зимогенную, разлагающую свежие органические вещества (как компоненты предгумусовых фракций и лабильного гумуса), и автохтонную, участвующую в последующем разложении собственно гумусовых веществ (составляющие стабильного гумуса). Исследование выделенных групп микроорганизмов в зависимости от применения тех или иных удобрительных веществ позволяет детально изучить процессы превращения органических веществ почвы и, тем самым, подойти к рациональному использованию его запасов в условиях химизации земледелия новыми видами удобрений.
Цель исследования
В свете данной проблемы была поставлена задача в условиях вегетационного опыта изучить влияние природной удобрительной диатомовой агроруды на микробиоценоз почвы, участвующий в трансформации и накоплении гумуса под зерновой культурой.
Материалы и методы исследования
В работе было заложено два вегетационных опыта с яровой пшеницей сорта Курская 2038 и кукурузой сорта РООС-299МВ по схеме, включающей контроль без удобрений, фон NРК и дозу диатомита – Д (4,5 г/кг почвы для яровой пшеницы и 6,0 г/кг для кукурузы), которую изучали на фоне удобрений и на неудобренном фоне.
Опыт был заложен на светло-серой лесной легкосуглинистой почве (АПАХ), до закладки характеризующейся как низкогумусированная (1,9%), слабокислая (5,4 ед. рН) с повышенным содержанием подвижных соединений фосфора (140 мг/кг) и калия (124 мг/кг). В опыте использовали сосуды Митчерлиха на 5 кг почвы под пшеницу и на 10 кг под кукурузу; биологическая и аналитическая повторность в опыте четырехкратная.
Объект изучения – диатомит Инзенского месторождения (Ульяновская обл.) с химической характеристикой (% на сух. вещество): общего SiO2 – 82,5, в том числе аморфного SiO2 – 42,0; Р2О5 – 0,05; К2О – 1,06 и др. В качестве фона использовали Nаа (34,6%), Рс (26,0%) и Кх (58,0%).
Для оценки влияния диатомита на зимогенную и автохтонную группы микробиоценоза почвы использовали чашечный метод Коха, с помощью которого определяли численность аммонифицирующих, амилолитических, олигонитрофильных и олигокарбофильных микроорганизмов на мясопептонном (МПА), крахмало-аммиачном (КАА), нитритном (НА) и голодном (ГА) агарах соответственно с дополнительным отделением ризосферы по Красильникову. Продуктивность культур определялась весовым методом, содержание гумуса в почве – по Тюрину в модификации Никитина, содержание обменного аммония – колориметрически с реактивом Несслера, нитратного азота – по Грандваль-Ляжу. Микробиологический анализ почвы выполнен в свежих образцах, отбор и анализ которых проводился в фазу цветения опытных культур; химический анализ почвы проведен из фиксированных образцов.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате проведенных исследований было зафиксировано положительное влияние диатомита на биопродуктивность зерновых культур (табл. 1), причем на фоне удобрений для обеих культур это влияние оказалось сильнее.
Таблица 1
Влияние диатомита на продуктивность зерновых культур (среднее за 2010-2011 гг.)
|
№ п/п |
Вариант |
Биопродуктивность, г возд.-сух. вещества/сосуд |
|||||
|
яровая пшеница |
кукуруза (зел. масса) |
||||||
|
общая биомасса |
зерно |
З : С |
общая биомасса |
листья |
стебли |
||
|
1 |
К |
29,5 |
11,0 |
1 : 1,68 |
52,4 |
20,5 |
32,0 |
|
2 |
NРК |
43,5 |
16,3 |
1 : 1,67 |
126,2 |
52,5 |
73,8 |
|
3 |
Д |
35,2 |
14,6 |
1 : 1,41 |
64,9 |
26,4 |
38,5 |
|
4 |
NРК + Д |
49,3 |
18,4 |
1 : 1,69 |
154,9 |
64,2 |
90,8 |
|
НСР05 |
3,3 |
2,5 |
– |
15,6 |
8,8 |
11,5 |
|
При рассмотрении действия диатомита на численность зимогенной части микробиоценоза почвы (численность на МПА) видно, что почва под кукурузой в гораздо большей степени заселена микрофлорой, в отличие от почвы под пшеницей (рис. 1 и 2). Но при этом ризосфера пшеницы во всех вариантах сильно заселена микроорганизмами по сравнению с ризосферой кукурузы, где их соотношение неоднозначно. В целом, для обеих культур изучаемый диатомит оказал положительное влияние как на фоне NPK, так и на неудобренной почве.
Численность амилолитических микроорганизмов (КАА) изменяется подобным образом, однако ризосферный эффект здесь выражен слабее.
Рис. 1. Численность аммонифицирующих и амилолитических микроорганизмов в почве под пшеницей
Рис. 2. Численность аммонифицирующих и амилолитических микроорганизмов в почве под кукурузой
Более наглядным показателем минерализации органического вещества почвы является изменение коэффициента Мишустина (рис. 3 и 4), который показывает интенсивность разложения легкодоступного вещества и активизацию начальной стадии процесса гумусообразования.
На рисунках видно, что в почве обеих культур темпы минерализации от применения диатомита снижаются. В ризосфере же, как в части почвы, прилегающей к корневой системе, интенсивность разложения вещества только имеет тенденцию замедления, что может быть свидетельством как высокой численности микроорганизмов в этой части почвы, так и их повышенной биологической активности.
Дальнейшее изучение процесса разложения органического вещества почвы подводит к рассмотрению динамики численности представителей автохтонной группы микроорганизмов, представленной на рис. 5 и 6.
Рис. 3. Коэффициент микробной минерализации органического вещества в почве под пшеницей
Рис. 4. Коэффициент микробной минерализации органического вещества в почве под кукурузой
По ним видно, что численность как олигонитрофилов (НА), преобразующих азот гумусовых кислот, так и олигокарбофилов (ГА), трансформирующих гумус в целом, возрастает от применения диатомита. Причем фон удобрений во всех случаях способствует усилению данных процессов. Кроме того, наглядно видна их доминирующая роль в ризосфере растений.
Рис. 5. Численность автохтонных микроорганизмов в почве под пшеницей
Рис. 6. Численность автохтонных микроорганизмов в почве под кукурузой
Однако при рассмотрении динамики коэффициента олиготрофности Аристовской (рис. 7 и 8) как показателя доли автохтонной микрофлоры в общей части сапротрофного пула микробиоценоза почвы следует, что микроорганизмов, потенциально способных к разложению гумусовых веществ, от применения диатомита в почве под пшеницей становится меньше.
Рис. 7. Коэффициент олиготрофности почвы под пшеницей
Рис. 8. Коэффициент олиготрофности почвы под кукурузой
В почве под кукурузой ситуация несколько иная. Коэффициент олиготрофности преобразования азота гумусовых кислот (НА/КАА) снижается на неудобренном фоне и немного увеличивается на фоне удобрений. Показатель преобразования же всего гумуса в целом (ГА/МПА) ведет себя от обратного. Подобное неравнозначное изменение данных критериев может говорить о более активном развитии и, как следствие, более выраженной численности микроорганизмов в почве под кукурузой по сравнению с почвой под яровой пшеницей, что подтверждают данные рисунков 5 и 6.
В итоге, численность зимогенной части (МПА и КАА) микрофлоры почвы от применения диатомита увеличивается, что подтверждается увеличением содержания минеральных форм азота в почве после выращивания культур (табл. 2).
Таблица 2
Влияние диатомита на содержание гумуса в почве
и накопление в ней минеральных форм азота (среднее за 2010-2011 гг.)
|
№ |
Вариант |
Яровая пшеница |
Кукуруза |
||||
|
гумус, % |
NH4+ |
NO3– |
гумус, % |
NH4+ |
NO3– |
||
|
мг/кг |
мг/кг |
||||||
|
1 |
К |
1,90 |
2,3 |
8,1 |
1,90 |
2,1 |
9,0 |
|
2 |
NРК |
1,92 |
3,9 |
15,4 |
1,92 |
3,8 |
18,9 |
|
3 |
Д |
1,91 |
2,5 |
10,9 |
1,92 |
2,6 |
12,1 |
|
4 |
NРК + Д |
1,93 |
4,4 |
16,7 |
1,94 |
4,2 |
18,7 |
|
НСР05 |
0,21 |
0,5 |
1,0 |
0,22 |
0,4 |
1,0 |
|
Но, при этом доля автохтонной части микроорганизмов в общем микробоценозе почвы при применении диатомита снижается, что также подтверждается незначительным увеличением содержания гумуса в почве.
Выводы
Таким образом, изучаемый диатомит в активной дозе (4,5 г/кг почвы для пшеницы и 6,0 г/кг для кукурузы) в условиях вегетационного опыта способствует активизации процессов разложения легкодоступного органического вещества почвы и, вместе с тем, замедлению процесса минерализации собственно гумусовых веществ.
Рецензенты:
Ягин В.В., д.б.н., профессор, профессор кафедры физиологии и безопасности жизнедеятельности человека ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный педагогический университет имени К. Минина», г. Нижний Новгород;
Дмитриев А.И., д.б.н.. профессор, заведующий кафедрой биологии, химии и биолого-химического образования ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный педагогический университет имени К. Минина», г. Нижний Новгород.