Мікробіологічні основи підвищення родючості підзолистих і дерново-підзолистих ґрунтів

Умань 2009

Актуальність теми. Дослідження в галузі класичної ґрунтової мікробіології показали, що чисельність, біомаса й таксономічна структура мікробного комплексу ґрунту залежать від багатьох чинників. Введення ґрунту в активне землекористування призводить до значних змін цих показників. Ці зміни накопичуються при тривалому сільськогосподарському використанні земель. Проте при тривалому землекористуванні вплив цих чинників на формування мікробного комплексу і в цілому на якість ґрунту не вивчений, а від цього залежить система заходів, що забезпечують гомеостаз ґрунтів, а також їх високу продуктивність.

Із вищезазначеного можна зробити висновок, що відповідь на питання лежить головним чином у площині детальних досліджень ґрунтових мікроорганізмів й аналізі характеру їх взаємодії з рослинами. Стаціонарні тривалі досліди дають у цьому плані унікальну можливість для детальних досліджень зазначеної проблеми. У світовому землеробстві є не більше ніж десяток дослідів, загальна тривалість яких перевищувала би 70 років. І в жодному з них повномасштабні мікробіологічні дослідження не проводилися або проводилися в дуже обмеженому обсязі з використанням традиційних мікробіологічних методів посіву ґрунту на різні поживні середовища. Але відомо, що таким чином вдається врахувати від 0,1 до 1,0 % мікроорганізмів, які населяють ґрунт. Багато видів мікроорганізмів не здатні рости на звичайних елективних середовищах. Тому наші знання у цій галузі мають украй обмежений характер. Успіхи молекулярної біології останніми роками, зокрема розвиток методів аналізу загальної бактеріальної ДНК (ПЛР, ПЛР у реальному часі, tRFLP), істотно розширили наші можливості в дослідженні генетичних ресурсів мікробного комплексу ґрунту. Поєднання класичних і молекулярно-генетичних методів вивчення ґрунтової мікрофлори дає можливість розширити наші знання про генетичні ресурси і структуру мікробного комплексу, який формується під час багатолітнього сільськогосподарського використання земель, що дуже важливо для розуміння такого феномену як «ґрунтовтомлення» і, нарешті, для створення сталих і високопродуктивних агроекосистем.

Тому актуальним є проведення комплексних досліджень аграрних властивостей ґрунтів і вивчення біорізноманіття їх мікрофлори з використанням традиційних і молекулярно-генетичних методів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи є складовою частиною науково-дослідних робіт і тісно пов'язана з «Програмою фундаментальних і пріоритетних прикладних досліджень з наукового забезпечення розвитку агропромислового комплексу Російської Федерації на 2006-2010 рр.» РАСГН, завдання 02.06.01 «Оцінити біорізноманіття й адаптивний потенціал мікробного комплексу агроценозів, виділити і відібрати агрономічно корисні мікроорганізми з метою їх ефективного використання у сільськогосподарському виробництві»

(№ державної реєстрації 15070780003499.06.08.001.0), грантом РФФД 07-04-13527 офі_ц. «Вивчення біорізноманіття мікробного комплексу й фізико-хімічних властивостей ґрунту в умовах тривалого сільськогосподарського використання».

НТП УААН (2001-2005 рр.) «Наукові основи сталих агроекосистем», підпрограми «Сільськогосподарська мікробіологія», проблемою «Теоретично обґрунтувати й розробити практичні заходи щодо екологічно безпечного використання природно-ресурсного потенціалу агроландшафтів з метою забезпечення сталого розвитку аграрного виробництва і покращення якості життя людини», ДР № 0101U003752.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи було вирішення фундаментальної проблеми збереження біорізноманіття мікробного комплексу підзолистих і дерново-підзолистих ґрунтів, що має велике значення для вирішення практичних завдань підвищення ґрунтової родючості та сталості агроекосистем.

Конкретні завдання в рамках указаної проблеми:

Ш вивчити біорізноманіття і структуру мікробного комплексу ґрунту, що сформувався в процесі тривалого сільськогосподарського використання земель в умовах сівозмін і беззмінної культури;

Ш виявити роль мікроорганізмів у «ґрунтовтомленні»;

Ш розробити методичні підходи до профілактики й усунення цього феномену.

Для досягнення цієї мети були поставлені такі завдання:

Ш провести порівняльну оцінку біомаси мікроорганізмів і видової структури мікробного комплексу ґрунту в умовах сівозміни й беззмінної культури сільськогосподарських рослин із застосуванням класичних і молекулярно-генетичних методів аналізу;

Ш оцінити вплив окремих видів сільськогосподарських культур, що вирощені беззмінно і в сівозміні, на формування комплексу фітопатогенних мікроорганізмів і продуцентів фітотоксинів у ґрунті;

Ш виявити та ідентифікувати мікроорганізми-продуценти фітотоксичних речовин і мікроорганізми-збудники кореневих інфекцій рослин, що домінують в агрофітоценозі;

Ш розробити методичні прийоми запобігання розвитку «ґрунтовтомлення» і створення сталих агроекосистем.

Об'єкт дослідження - ґрунтові процеси, що супроводжують зростання й розвиток сільськогосподарських культур залежно від способів їх обробітку і мінерального живлення в підзолистих ґрунтах, які формують продуктивні та якісні показники різних природно-кліматичних зон.

Предмет дослідження - мікрофлора ґрунтів, що формується при довготривалому сільськогосподарському використанні земель в основні фази зростання сільськогосподарських рослин, засоби їх обробітку, визначення елементів продукційного процесу посівів.

Методи дослідження. Поєднання класичних і молекулярно-генетичних методів дослідження ґрунтової мікрофлори дало можливість розширити знання про генетичні ресурси і структуру мікробного комплексу, який формується при багатолітньому сільськогосподарському використанні земель, що дуже важливо для розуміння такого феномену як «ґрунтовтомлення» і, нарешті, для створення стійких високопродуктивних агроекосистем.

Проводилися комплексні дослідження біорізноманіття мікрофлори ґрунту із застосуванням традиційних і сучасних молекулярно-генетичних методів. У процесі обробки експериментальних даних та інтерпретації результатів досліджень були застосовані математичні методи статистичної обробки, зокрема множинний кореляційний і кластерний аналіз.

Наукова новизна отриманих результатів. Уперше зроблено комплексну агрофізичну й мікробіологічну характеристику підзолистих ґрунтів під посівами льону в умовах тривалого землекористування. Показано, що за умов беззмінної культури і в сівозміні формується різна за фенотиповими ознаками мікрофлора. Відбувається зміна домінантних форм мікроорганізмів.

Уперше проведено молекулярно-генетичний аналіз мікробного угруповання ґрунту. Описаний профіль tRFLP (terminal restrictions fragment light polymorphism) у різних варіантах досліду відображає таксономічну структуру й генетичне різноманіття ґрунтової мікрофлори.

Уперше на основі молекулярно-генетичного аналізу (tRFLP, ПЛР в реальному часі) показано, що в умовах різних агроценозів (беззмінний льон, сівозміна, чистий пар) формується різний за генетичною структурою комплекс мікроорганізмів, що має суттєве значення для вирішення прикладних завдань, таких як: раціональна побудова сівозмін, профілактика «ґрунтовтомлення», підвищення ефективності добрив і продуктивності сільськогосподарських культур. Встановлено, що в умовах чистого пару й беззмінної культури льону спостерігається зниження порівняно з сівозміною генетичної різноманітності прокаріот, відбувається збіднення генетичних ресурсів мікрофлори у ґрунті.

Практичне значення отриманих результатів. Представлена робота є стадією фундаментальних досліджень і накопичення знань, що стосуються закономірностей формування мікробного комплексу ґрунту в процесі тривалого сільськогосподарського використання земель. Результати досліджень і виділені з ґрунту штами мікроорганізмів-антагоністів можуть бути широко використані при розробці методів, засобів і технологій підвищення продуктивності та сталості агроекосистем. Масштаби їх застосування й перспективи ринку визначаються посівною площею таких провідних стратегічно цінних сільськогосподарських культур, як: льон, жито, конюшина. Запропоновані рішення відповідають завданням, сформульованим у цільових програмах, які спрямовані на оптимізацію агроландшафтів, створення адаптивно-ландшафтних систем землеробства, розробку та впровадження наукоємних агротехнологій, технологій зберігання й переробки, а також генетичних, біотехнологічних, біохімічних, фізіологічних способів створення й мобілізації ресурсів рослин і мікроорганізмів.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота виконана автором самостійно. Ним узагальнені дані вітчизняної й зарубіжної літератури за темою дисертації, розроблені робочі гіпотези, за якими сплановано дослідження й виконано аналітичні та лабораторні дослідження, проаналізовано й узагальнено отримані результати, підготовлені висновки та рекомендації для виробництва. Дисертант організовував перевірку отриманих рекомендацій для впровадження їх у практику аграрних господарств.

Апробація результатів роботи. Результати досліджень, основні положення й висновки дисертації були представлені, опубліковані й обговорювалися на засіданнях Вченої ради Інституту сільськогосподарської мікробіології УААН, Вченої ради й методичної комісії ДНУ Всеросійського науково-дослідного інституту сільськогосподарської мікробіології РАСГН, засіданнях лабораторії мікробіологічного моніторингу й біоремідіації ґрунтів (ВНДІСГМ) 2004-2009 рр., а також наукових конференціях, симпозіумах, з'їздах: на Х з'їзді Спілки мікробіологів України (Одеса, 2004); «Наукова спадщина академіка М.М. Гришка» (Глухів, 2005); «Агроекологічні проблеми сьогодення та шляхи їх вирішення» (Полтава, 2005); «Nature 2000: Architecture of Landscape and Planning of Space as basic factor for protection of native animal species - moulding the stage of succession in forest areas» (Польща, Тучно, 2005); Міжнародній науково-практичній конференції «Технологии создания биологических средств защиты растений на основе энтомофагов, энтомопатогенов, микробов-антагонистов и применения их в открытом и закрытом грунтах» (Краснодар, 2006); «Алелопатiя та сучасна бiологiя» (Київ, 2006); «Екологія: наука, освіта, природоохоронна діяльність» (Умань, 2007); International scientific conference «S.P. Kostychev and contemporary agricultural microbiology» (Yalta, 2007); Postgraduate Course «Applied and fundamental aspects of responses process in the root-microbe systems» and Meeting of the plant-microbe interactions” (St.-Petersburg, Russia, 2007); Всеросійській науково-практичній конференції ВНДІЗГЕ «Инновации, землеустройство и ресурсосберегеющие технологии в земледелии» (Курск, 2007); «Проблемы истории, методологии и философии почвоведения» (Пущино, Московська область, 2007); «Проблемы землепользования в зоне рискованного земледелия» (Саратов, 2007); «Агротехнологии XXI века» (Москва, 2007); «Формування конкурентноздатностi пiдприємств АПК» (Полтава, 2008); «Ориентированные фундаментальные исследования и их реализация в АПК России» (СПб, 2008); V Всеросійському з'їзді товариства ґрунтознавців ім. В.В. Докучаєва (Ростов-на-Дону, 2008); Всеросійській науково-практичній конференції «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (Кіров, 2008); ХІІ съезде Общества микробиологов Украины (Ужгород, 2009); Всероссийской конференции с международным участием «Продукционный процесс растений: теория и практика эффективного и ресурсосберегающего управления», посвященная памяти академика РАСХН Е.И. Ермакова (СПб, 2009).

Публікації. Основні положення дисертації висвітлені у 48 друкованих виданнях, із них 25 опубліковано у спеціалізованих виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Загальний обсяг роботи становить 398 сторінок машинописного тексту, з них 307 - основного тексту. Дисертація складається зі вступу, 7 розділів, висновків, рекомендацій виробництву, додатків. Вона ілюстрована 61 таблицею, 82 рисунками, 2 додатками. У списку літератури 563 найменувань, у тому числі 91 іноземними мовами.

Огляд літератури. У розділі описано аналіз результатів досліджень вітчизняних та зарубіжних учених щодо ролі мікроорганізмів у функціонуванні ґрунту в біогеоценозах, розвитку уявлень про будову й функціонування мікробних угруповань ґрунту, екологічних особливостях ґрунтових мікроорганізмів, ґрунтовій біотехнології -- основи біологізації сільського господарства, ролі тривалих польових дослідів у теорії і практиці землеробства, ролі беззмінних культур і сівозміни у формуванні мікробних угруповань ґрунту, впливи агротехнічних заходів на структуру й функціонування мікробних угруповань ґрунту, вплив антропогенної дії на мікрофлору ґрунту в агроландшафтах, наводиться теоретичне обґрунтування обраного напряму досліджень.

Об'єкти, методи й умови проведення досліджень. Вивчення ґрунтових процесів, які супроводжують зростання й розвиток сільськогосподарських культур, способи їх обробітку й мінерального живлення в підзолистих ґрунтах різних кліматичних зон, які формують продуктивні та якісні показники, здійснювалося на основі тривалих (із 1912 р.) польових стаціонарних дослідах кафедри землеробства Московської сільськогосподарської академії ім. К.А. Тімірязева, Чернігівського ІАПВ УААН.

Земельна ділянка Московської сільськогосподарської академії ім. К.А. Тімі-рязева площею 1,5 га з ухилом 10о на північний захід розташована на південній околиці Клинсько-Дмитрівської височини, яка представлена мореною рівниною. Рельєф близько розташованої території представляє морену рівнину на вододілі річок Москви і Яузи й височіє над рівнем річки Москви на 60 м. Дослідна ділянка розміром 1,53 га з рівною макроповерхнею й невеликим ухилом (10 о) на північний захід.

Територія Польової дослідної станції (нині лабораторія рослинництва) представлена четвертинними відкладеннями супіщаної і суглинної бури мореної із прошарками (10-22 см) юрських глин. Ґрунт -- дерновий середньо- і слабопідзолистий (більш ніж 200 років під ріллею), кислий, запливаючий (за класифікацією ФАО-podsolluvisol). Глибина орного пласту 23-25 см, вміст гумусу 1,5 %, загального азоту 0,079, рухомого фосфору й калію 520 і 16,0 мг/100 г, рН - 5,2. Згідно з даними гранулометричного складу, в орному (0-20см) пласті ґрунту міститься фракцій менше ніж 0,01 мм, що становить 22,0%.

Дослід включав 3 територіально різновеликі експериментальні ділянки: 6 -польова сівозміна, поля беззмінних культур і сівозміна в часі. Йдеться про другу після 1949 р. принципову зміну схеми досліду, яку здійснив Б.А. Доспєхов. На парних полях основної сівозміни вносилася єдина доза NPK, кг/га: 100 - 150 - 120 ( N - P2O5 - K2O). Сучасний план і схема досліду представлені на рис. 1.

Рис. 1. Схема тривалого польового досліду МСГА. Щорічна норма індустріальних мінеральних добрив N100Р150К120, місцевого підстилкового гною - 20т/га, розмір облікової ділянки 50 м2; 4,11) без добрив; 9) NPK; 10) гній

Ефективність сумісного застосування добрив, сидератів, їх впливу на біологічні показники родючості й продуктивності різних сільськогосподарських культур на дерново-підзолистому ґрунті Поліської зони Чернігівщини вивчалась у тривалому польовому стаціонарному досліді Чернігівського інституту АПВ УААН у польовій сівозміні з наступним чергуванням сільськогосподарських культур: 1. Пшениця озима; 2. Кукурудза; 3. Ячмінь із підсівом конюшини; 4. Конюшина; 5. Жито озиме; 6. Картопля; 7. Овес; 8. Люпин. Система обробітку ґрунту в сівозміні була загальноприйнятою для цієї зони. У наведеній сівозміні досліджували три фони удобрення: мінеральний (застосування лише мінеральних добрив); органічний (застосування зелених добрив); органо-мінеральний (поєднання мінеральних добрив із сидератами). Дослід закладено у чотирьох полях. Площа посівних ділянок у польовому досліді становила 60-102 м2.

Дерново-підзолистий супіщаний ґрунт Чернігівського ІАПВ характеризується такими агрохімічними показниками в орному пласті: азот, що легко гідролізується (за Тюріним і Кононовою) - 9,7 мг на 100 г ґрунту, рухомі форми фосфору (за Кірсановим) - 17,9 мг Р2О5 на 100 г ґрунту, калію обмінного (за Масловою) - 7,0 - 9,0 мг К2О на 100 г ґрунту.

Зразки ґрунтів відбирали з орного пласту (0-20 см) ґрунту тростинним буром і поміщали в поліетиленові пакети. Проби відбирали з п'яти точок, у стаціонарних дослідах методом «конверту» на дослідній ділянці. Індивідуальні зразки ґрунту аналізували в день відбору або наступного дня, у цьому випадку проби зберігали в холодильнику при температурі 4оС. У моніторингових дослідженнях аналізували змішані зразки ґрунту, складені з п'яти індивідуальних зразків. Зразки відбирали на початку відповідних фаз розвитку рослин, досягнувши їх розвитку на 70-75%. Для виявлення видової різноманітності мікробного угруповання й визначення показників біологічної активності використовували свіжі зразки ґрунту. У стаціонарних дослідах відбирали зразки ґрунту на початку і в кінці досліджень.

Основні агрофізичні дослідження (вологість, питома поверхня, щільність, структура, водопроникність ґрунту, водоміцність ґрунтових агрегатів) виконували за методиками, викладеними в методиці А.Ф. Вадюніної і З.А. Корчагіної (1986). Індивідуальні проби відбирали за сітками трансектами, що дають змогу аналізувати просторову структуру.

Агрохімічні показники дерново-підзолистих ґрунтів визначали згідно зі вказівками щодо проведення польових дослідів із добривами географічної мережі за методиками: гумус за методом Тюріна (1990), водорозчинний гумус за Голдіним (1984), нітратний азот -- іонометричним експрес-методом, аміачний азот --калориметрично за допомогою реактиву Неслера, нітрифікаційну здатність ґрунту (за Краковим), обмінний калій (за Масловою), калій водорозчинний, рухомий і необмінно-поглинений (за Соколовим), рухомий фосфор (за Кірсановим), гідролітичну кислотність (за Капеном), рН сольове -- потенціометрично, суму поглинених основаній (за Капеном-Гільковицем). Вуглець гумусових сполук визначався за методикою Б.А. Нікітіна для розрахунку кількості гумусу з врахуванням об'ємної маси ґрунту, використовували коефіцієнт 1,742, лабільний гумус і гумусові кислоти виділяли з ґрунту за методикою Пономарьової і Плотнікової (1980).

Фенологічні спостереження за зростанням і розвитком сільськогосподарських культур здійснювали згідно з методиками держкомісії зі сортовипробування.

Облік урожаю в польових дослідженнях здійснювали шляхом суцільного поділяночного збору. Урожай зерна перераховувався на 100% чистоту і 14% вологість.

Загальноприйняті мікробіологічні аналізи проводили у свіжовідібраних зразках ґрунту методом посіву ґрунтових суспензій з відповідних розведень на тверді й рідкі поживні середовища. Для виявлення найбільшого різноманіття бактеріальних видів використовували комплексне глюкозопептонне середовище, на якому не лише зростає більше мікроорганізмів, але й чіткіше виявляються їх характерні культуральні особливості -- пігментація колоній, їх форма й консистенція. У цьому середовищі добре ростуть і актиноміцети.

Біологічну активність ґрунту визначали безпосередньо в полі. Інтенсивність дихання визначали по виділенню СО2 за методом Штатнова (1954) у найбільш відповідальні фази розвитку досліджуваних культур. Нітрифікаційну здатність визначали шляхом інкубації ґрунту в присутності сульфату амонію при температурі 28оС протягом 14 діб, після чого визначали вміст нітратного азоту за Грандваль-Ляжу (ГОСТ 26207-91), ферментативну активність поліфенолоксидази і пероксидази за Івановою (1983). Інтенсивність розкладання целюлози в ґрунті визначали методом закладки лляних полотен - аплікацій - за Востровим і Петровою (1961).

У подальшому для виявлення домінантних у ґрунті бактеріальних форм на варіантах польового досліду використовували показники частоти трапляння й чисельності (щільність видів).

Якісний склад бактерій визначали відповідно до характеристик, наведених у визначнику Берджі (1997). При визначенні неспороносних бактерій використовували роботу В.В. Смирнова, Е.А. Кипріанової (1990).

Досягнення в галузі біології вимагають розробки нових методів для оцінки функціонального різноманіття ґрунтових мікроорганізмів. Одним із таких підходів є мультисубстратне тестування мікробних угруповань у модифікації ДНУ ВНДІСГМ (1994).

Токсичність ґрунтів з-під льону-довгунця визначали за впливом ґрунтових суспензій на енергію проростання насіння редису, льону-довгунця за А.М. Гродзінським (1965). Фітотоксичність культуральної рідини оцінювали за методом О.А. Берестецького (1973) - по біопробі на проростках кукурудзи.

Використовувалися молекулярно-генетичні методи (ПЛР у реальному часі, поліморфізму довжин рестрикційних фрагментів tRFLP, клонування ДНК ґрунтових мікроорганізмів) аналізу мікрофлори ґрунту.

Екстракцію ДНК ґрунтових мікроорганізмів здійснювали методом J.J. Doyle, J.L. Doyle (1998). Проведення візуальної детекції отриманих зразків ДНК після електрофоретичного розділення в 1% агарозному гелі, проведення очищення отриманої ДНК ґрунтових мікроорганізмів від домішок гумінових кислот за D. Moreira (1987).

ПЛР у реальному часі використовувався для оцінки біомаси прокаріот за 16S рРНК з використанням фарбника cybr green, який забезпечував флуоресценцію ампліфікованого фрагменту прямо пропорційно до кількості ПЛР продукту ґрунтових прокаріот.

Метод tRFLP включає набір молекулярно-генетичних методів: проведення полімеразно-ланцюгової реакції специфічними для 16S рРНК флуоресцентно-міченими праймерами, обробка ендонуклеазами НаеIII і MspI продукту, що отримано ПЛР-ампліфікацією.

В автоматичному секвенаторі Beckman CEQ 8000 проводиться реєстрація інтенсивності флуоресценції кожного фрагменту 16S рРНК, що представлено у вигляді графічного зображення піку в системі ординат, висота якого пропорційна кількості геному ДНК й відповідає таксономічній одиниці мікроорганізму в зразку.

Для класифікації біотичного угруповання на прикладі отриманих результатів у роботі використовувалися показники домінування й подібності між двома пробами. Проводили філогенетичний аналіз видової належності отриманих фрагментів із використанням комп'ютерних програм Fragsort і Vector VNTI.

Для видів ґрунтових бактерій проводилася ідентифікація фрагментів ДНК, яку багато разів копіювали (клонували). В ролі переносника («вектора») слугувала плазміда з єдиною ділянкою, впізнаванням рестриктази. Кільцева плазміда лінеаризувалася за допомогою ендонуклеази НаеIII і потім змішувалася з фрагментом ДНК, що вивчався. Потім кінці лінійної молекули ковалентно зшивалися за допомогою ДНК-лігази з утворенням нової («рекомбінантної») плазміди. При обробці великої кількості клітин деякі з них поглинають рекомбінантну плазміду (трансформуються). Трансформовані клітини реплікували в плазміду разом із власним геномом. Використовувалися плазміди, що додають трансформованій клітині стійкості (резистентності) до антибіотика. При інкубації популяції клітин у присутності антибіотика реплікувалися лише ті клони, які містили плазміду. З отриманого клону виділялися плазміди й після розщеплювання рестриктазою отримували безліч копій клонованого фрагменту ДНК.

Отримані дані обробляли методами описової (варіаційної) статистики й регресійного аналізу на персональному комп'ютері з використанням програми EXEL. При структурному аналізі даних використовували оцінки непараметричної статистики та математичний аналіз за Б.О. Доспєховим (1985), Б.А. Збруї (1985), В.О. Ушкаренко, А.Я. Скрипніковим (1988).

Агрохімічна, фізична оцінка підзолистих ґрунтів із врахуванням продуктивності сільськогосподарських культур. За 6 років досліджень у варіантах, що вивчалися з періодичністю раз на три роки, спостерігалося повне падіння (загибель) посівів (рис. 2). У середньому врожайність льону-довгунця у варіанті без добрив становила 5,6 ц. Істотне збільшення врожайності льону було у варіантах з NPK.

Рис. 2. Врожайність льносоломи льону-довгунця в беззмінних посівах за 6 років

Показано, що врожайність льону-довгунця в сівозміні за останню ротацію у варіантах, де застосовувалася мінеральна система добрив у цілому була вирівняною і перебувала в межах 35-42 ц/га.

В умовах оптимального зволоження отримано результати, що характеризують вплив сівозміни й беззмінної культури, у тому числі й зимівлю конюшини з дотриманням традиційної для даного регіону (включаючи сорти) технології обробітку. В осінній період вегетація культури конюшини була інтенсивною. У беззмінних посівах значна частина беззмінних посівів рослин загинула. Урожайними даними сівозміни показано, що конюшина позитивно реагувала на застосування мінеральних добрив (4,68 ц/га) і негативно (3,07 ц/га) без добрив.

Рівень урожайності жита озимого був високим при беззмінному обробітку із застосуванням мінеральних добрив - 50 ц/га. Максимальна комплексна депресивна дія на продуктивність жита озимого спостерігалася в беззмінних варіантах без застосування добрив - 23,2 ц/га. У сівозміні було отримано загальний позитивний вплив ротації культур (57,7 ц/га) і застосуванням мінеральних добрив (61,9 ц/га).

Таким чином, у результаті досліджень проведено оцінку продуктивності ланки сівозміни польових культур: жита озимого, льону й конюшини при надтривалому (більше ніж 96 років) беззмінному обробітку. Встановлено, що при внесенні повного мінерального добрива і гнучкої агротехніки неможливо отримати високих урожаїв при беззмінному обробітку жита озимого навіть при достатньому атмосферному зволоженні. Льон-довгунець і конюшина погано переносять беззмінні посіви. Мінеральні добрива при беззмінному обробітку і навіть за сприятливих метеорологічних умов не вирішують проблему ґрунтовтомлення. Водночас застосування органо-мінеральних добрив (гній + NPK) знижує ефект ґрунтовтомлення і підвищує врожаї льону.

Оцінка агрохімічних властивостей ґрунту (табл. 1) показала, що вміст органічної речовини в дослідних варіантах низький, найменший вміст органічної речовини в ґрунті спостерігався у варіанті «Чистий пар». Між вмістом загального вуглецю й загального азоту в ґрунті спостерігалася висока кореляція - коефіцієнт 0,992.

Таблиця 1. Агрохімічна оцінка дерново-підзолистого ґрунту при обробітку сільськогосподарських культур беззмінно і в сівозміні

Кількість вуглецю мікробної біомаси переважно пов'язана з показниками родючості ґрунту (як результат тривалого впливу різних систем землеробства), а не з беззмінним обробітком сільськогосподарських культур. Зниження мікробної біомаси в деяких варіантах було пов'язане зі зниженням кислотності ґрунту.

Проаналізовані варіанти мали значну різницю кислотності ґрунту - показник рН сольової суспензії коливався від 3,82 до 6,84. Сума поглинених основаній в ґрунтах мала пряму позитивну кореляцію з показником рН в сольовій суспензії (r = 0,976). Цей показник також пов'язаний в основному з вмістом гумусу в ґрунті.

У проаналізованих зразках ґрунту був дуже низький вміст мінеральних форм азоту (NH4 і NO3). Для варіантів «чистий пар» і «беззмінного льону» переважає окислена форма мінерального азоту. У вищезазначених варіантах вміст нітратів становив 61,4 -72,7% від суми мінерального азоту. У варіанті з льоном-довгунцем в сівозміні цей показник був 28,7-46,8%.

Визначення вологості ґрунту орного (0-20см) горизонту виявило значні відмінності у фонах і культурах. В цілому в беззмінних посівах вологість ґрунту перевищувала за середніми оцінками на 1,4-3,2% значення в сівозміні. Виняток становили дані на ділянці жита озимого, де вологість 0-10 см горизонту ґрунту в сівозміні в середньому була вища на 2,5%. Важливо відзначити, що ґрунт у «чистому парі» без застосування добрив мав удвічі меншу вологість, ніж під сільськогосподарськими культурами.

Визначення водопроникності ґрунту при обробітку сільськогосподарських культур беззмінно і в ланці сівозміни показало, що цей важливий показник характеристики ґрунту відрізнявся підвищеною просторовою мінливістю. Найменшими значеннями в цьому випадку були варіанти сильно деградованого чистого пару. Близькими значеннями до чистого пару був варіант беззмінного жита. Судячи зі стійкіших характеристик водопроникності, зареєстрованих через 60 хвилин спостережень, варіанти з льоном-довгунцем і конюшиною також були близькими, проте у всіх періодах детекції водопроникність під льоном була на 32-40% вище.

Визначення питомої поверхні виявило негативний вплив беззмінного пару на агрофізичний стан орного горизонту ґрунту. Так, в 0-10 см горизонту питома поверхня у варіанті чистого пару була на 11,5 - 16,8 менша, ніж під озимим житом і конюшиною. Відмінності між варіантами житом озимим і льоном, як при беззмінному обробітку, так і в сівозміні були незначними. При вирощуванні конюшини питома поверхня в середньому була на 3-6 м3/г вища, ніж у посівах озимого жита й льону-довгунця. Слід відзначити високу стійкість даних цього показника, що дозволило оцінити питому поверхню всіх варіантів досліду.

Визначення щільності ґрунту під сільськогосподарськими культурами показало, що в умовах оптимальної зволоженості ґрунт в орному горизонті під культурами суцільної сівби не ущільнювався 1,45 г/см3. Як і очікувалося, у варіанті чистого пару внаслідок механічної обробки спостерігалося збільшення щільності ґрунту до 1,51 г/см3. У беззмінних посівах льону-довгунця й конюшини щільність ґрунту (0-10 см) була вища (1,39 г/см3), ніж в горизонті(1,25 г/см3), що знаходиться на (10-20 см) нижче.

При беззмінному обробітку льону-довгунця, ґрунт без добрив характеризувався меншим розпаданням. Тут виявлений найвищий вміст фракції більше ніж 10 мм і, відповідно, найнижче - менше ніж 10 мм. Так, у варіанті з гноєм варіація для фракцій більше ніж 10 мм і 10-7 мм був у 2-10 разів меншим, ніж при внесенні мінеральних добрив. Аналогічні закономірності виявлені й для фракції менше ніж 1 мм.

У середньому за роки досліджень під різними сільськогосподарськими культурами на дерново-підзолистих ґрунтах Чернігівського Полісся було встановлено, що кількість азоту (NО3 + NН4), що надійшла з опадами, становила понад 20 кг/га з коливанням по роках від 16,8 до 29,9 кг/га, калію (К2О) та натрію (Nа2О) - 7,5-13,6. Найбільш істотне надходження з атмосферними опадами було кальцію і магнію: відповідно 84,5 і 49,2 кг/га сірки і хлору. Вміст біогенних елементів у дощовій воді й снігу розташовується в такій послідовності: SО4>Са>Мg>Сl> NН4>К2О>NО3>Nа2О.

Таким чином, оцінка агрохімічних, фізичних складників експериментальних умов, що сформувалися в процесі тривалого сільськогосподарського використання земель в умовах сівозмін і беззмінної культури, дала змогу встановити, що беззмінне вирощування жита озимого з використанням повного мінерального добрива рівноцінно з льоном впливає на агрофізичний стан ґрунту, але зменшується при вирощуванні конюшини. Виявити і статистично встановити виробничо-суттєві відмінності щодо впливу на агрофізичний стан у сприятливі за зволоженням роки в сівозміні між польовими культурами традиційними методами при обсягах вибірок, що рекомендуються, складно через високу просторову техногенно-обумовлену внутрішньоділянкову мінливість. Чистий пар призводить до агрофізичної деградації орного пласту ґрунту на структурному та іонно-молекулярному рівні, він втрачає структуру, ущільнюється, відрізняється підвищеною твердістю, зниженою питомою поверхнею, водопроникністю, швидко втрачає вологу. Окрім цього, проведена оцінка агроприйомів не повною мірою демонструє ґрунтові процеси й дає лише констатуюче інформаційне уявлення про ґрунт в орному кореневому пласті, все це є підставою для мікробіологічної (мікроорганізми - основний учасник, що визначає й відповідає за ґрунтові процеси) оцінки стану ґрунту.

Вплив агротехнічних заходів на формування мікробоценозів і продуктивність підзолистих ґрунтів. Використання ріпаку й жита озимого як зелених добрив показало позитивний вплив на біологічну активність ґрунту. При цьому кращими за отриманими даними були варіанти, де застосовувався ріпак. Так, загальна біогенність ґрунтів при використанні ріпаку становила 52,5-64,7 порівняно з контролем 51-59,8, озимим житом 42,1-45,9 млн/г ґрунту в контролі, інтенсивність виділення СO2 відповідно була 306-331 на противагу 269-317 і 264-302 мг/кг ґрунту. Усі показники біологічної активності ґрунту і процесів, що протікають у ньому, були дещо нижчими, ніж при заорюванні озимого жита навесні.

Застосування сидеральних добрив активізувало мікробіологічну мінералізацію органічних речовин, що підтверджується зростанням чисельності бактерій, які використовують мінеральні форми азоту на 29-40%, розкладання целюлози з використанням ріпаку на 20-29% й озимого жита на 3-10%. Показником розкладання органічної речовини є збільшення чисельності оліготрофних форм мікроорганізмів на 8-29 і 8-23%. Зростала кількість олігонітрофільних бактерій на 10-20%, а активність накопичення нітратних форм азоту на 22-26 і 21-22%, що сприяло розкладанню ріпаку на 2,85-5,98, жита озимого на 2,85-4,58 мг/100 г ґрунту і створенню в ґрунті сприятливіших умов для росту льону-довгунця.

В умовах післядії сидеральних добрив слід наголосити на активізації педотрофної групи мікроорганізмів при використанні ріпаку на 22-37-67%, жита озимого на 22-25-33, ферментів поліфенолоксидази відповідно на 11-21-43 і 3-14-38%, пероксидази на 2-8-22 і 4-7-13%.

При визначенні гумусу було встановлено, що його вміст у верхньому горизонті підзолистих ґрунтів був низьким - 3,623%. Застосування зелених добрив не впливало на загальну кількість гумусу, але збільшувало його лабільну частину порівняно з ґрунтом, що не удобрювався, - 0,18-0,62%, застосування мінеральних добрив - 0,096%. На 2,0-5,2% збільшувався вміст лабільних форм гумусу при внесенні зелених добрив.

Таким чином, встановлено, що застосування зелених добрив ріпаку й жита озимого сприяло активізації педотрофної групи мікроорганізмів, ферментів поліфенолоксидази й пероксидази, що впливало на збільшення гумінових кислот і зменшення фульвокислот. Гуміфікація органічної речовини у варіантах, де застосовувалися зелені добрива, становила 22-25%, а в контролі 17-20%. Отримані результати свідчать, що застосування сидеральних добрив сприяє трансформації гумусних ґрунтових речовин і створює сприятливі умови для обробітку сільськогосподарських культур.

Показано, що в умовах максимального насичення сівозміни льоном-довгунцем знизилася кількість коренеподібних бактерій і мікроорганізмів, здатних використовувати мінеральні форми азоту. На п'яту добу розвитку в багатьох бактерій (Bac. macerans, Paenibacillus polymyxa та ін.) кількісний показник досягав негативних значень.

При вивченні вмісту в ґрунті фітотоксичних форм мікроорганізмів було встановлено, що в дерново-підзолистому ґрунті під льоном при 50% насиченні сівозміни цією культурою значно збільшується вміст фітотоксичних форм мікроорганізмів. У насиченій льоном-довгунцем сівозміні містилося 47,5% фітотоксичних форм бактерій, 38,6% мікроскопічних грибів і 23,9% стрептоміцетів. У сівозміні число цих форм мікроорганізмів було значно нижчим і становило для бактерій 21,3%, для грибів -8,5% і для стрептоміцетів 18,0% від загальної кількості виділених.

У період 1-6 діб після заорювання сидеральних добрив виявлено токсичну дію продуктів мікрофлори на насіння: знижується енергія їх проростання на 30% і пригнічується зростання паростків на 29,5%. Тому, як правило, посіви основної культури після заорювання в ґрунт сидеральних добрив рекомендується проводити не раніше, ніж через 6-10 діб.

Встановлено, що при насиченні сівозміни льоном-довгунцем на 50% спостерігаються суттєві зміни у формуванні ґрунтової мікробіоти. При цьому в ґрунті відбувається зменшення біомаси мікроорганізмів. Знижується кількість бацил, олігонітрофільних і целюлозоруйнівних мікроорганізмів, а також біологічна активність ґрунту. Певні зміни спостерігаються і в динаміці чисельності мікроорганізмів, що обумовлено своєрідністю протікання в сівозміні та при насичені її льоном-довгунцем, процесів надходження і розкладання органічної речовини. Наведені дані свідчать про те, що мобілізаційні процеси в ґрунті при ротації рослин протікають інтенсивніше, ніж при 50% насиченні сівозміни льоном-довгунцем.

Якісний склад бактеріальної мікрофлори показав, що існував ряд домінантних морфотипів бактеріальної мікрофлори, які проявили активність у всіх варіантах, що вивчалися. Також слід зазначити, що характер домінування за фонами беззмінного та сівозмінного обробітку був різним, тобто відбувалася зміна домінантних форм у всіх цих основних варіантах досліду.

При якісному аналізі грибної мікрофлори були виділені та ідентифіковані до роду домінантні морфотипи. Показано, що серед домінантних морфотипів були гриби роду Aspergillus, Cylindrocarpon, Trichoderma, Gliocladium і Penicillum. Слід зазначити, що чисельність грибів роду Aspergillus, Trichoderma і Penicillum була більша на фоні беззмінного обробітку льону, у той же час активність Cylindrocarpon, Gliocladium і деяких морфотипів Penicillum виявлялася в сівозміні.

Таким чином, встановлено, що беззмінна культура льону-довгунця й застосування мінеральних добрив як у беззмінній культурі, так і в сівозміні, призводять до формування, накопичення й поширення в ґрунтовому агроценозі грибів-продуцентів фітотоксинів.

Застосування в сівозміні зелених добрив сприяло зниженню фузаріозних захворювань. Їх розвиток був у межах 0,7-1,2 %.

Таким чином, фітосанітарний стан посівів льону в умовах короткоротаційних сівозмін можна регулювати введенням проміжних культур на сидерат - жита озимого й ріпаку. Активізація бактеріальної мікрофлори сприяє зниженню фітопатогенного потенціалу ґрунту, підвищенню врожайності льону, покращенню фітосанітарного стану посівів, сидеральні добрива сприяли росту й розвитку льону-довгунця, підвищенню врожайності та якості льонопродукції.

Встановлено, що в ґрунті, де застосовувалися сидеральні добрива і проводилися певні заходи, які спрямовані на підвищення їх потенційної й ефективної родючості, співвідношення між амоніфікуючими бактеріями і грибами (рис. 3) значно вище за одиницю, тобто чисельність амоніфікуючих бактерій значно вища. Навпаки, в ґрунті, де рослини найбільш уражені кореневими гнилями, спостерігався високий вміст грибної мікрофлори.

Рис. 3. Вплив мінеральних добрив і сидерації на чисельність ґрунтових грибів і амоніфікуючих бактерій

родючість підзолистий дерновий ґрунт

Показано, що дія мікроорганізмів-антагоністів на гриби виявляється лише після проростання неактивної форми грибів і за умов дефіциту поживних речовин у довкіллі. Інгібірування зростання спор фітопатогенних грибів у природних умовах зумовлене не лише мікроорганізмами-антагоністами, але й видами, які не проявляли антагоністичних властивостей. Присутність неспорових бактерій (не антагоністів) істотно знижувала чисельність внесених до ґрунту конідій гриба (у 2-3 рази) і, як наслідок, різко зменшувала зараженість паростків ячменю кореневими гнилями, таким чином продуктивність рослин збільшувалася. Природний комплекс ґрунтових мікроорганізмів також стримував розвиток гриба Fusarium oxysporum і його чисельність.

Таким чином, зниження фітопатогенного потенціалу ґрунту сприяло зменшенню інтенсивності розвитку хвороби й ураженості сільськогосподарських культур кореневими гнилями.

Було проаналізовано у ґрунті модельного вегетаційного досліду мікробіологічна активність руйнування целюлози (рис. 4). Так, після другого року беззмінного обробітку льону-довгунця целюлозоруйнівна активність ґрунтової мікрофлори була в півтора рази вище у варіантах, де застосовувалися сидеральні та їх поєднання з мінеральними добривами порівняно з контрольним варіантом. Слід зазначити, що целюлозоруйнівна активність ґрунтових мікроорганізмів була обернено пропорційна її токсичності, що може бути непрямим показником початку процесу «ґрунтовтомлення».

Таким чином, при порівнянні целюлозоруйнівних активностей ґрунтів встановлено їх зниження в ґрунтах із беззмінною культурою і відповідно підвищення в сівозміні на фоні застосування органічних добрив (гній, сидерація). Виявлені суттєві різниці целюлозоруйнівних активностей ґрунту залежно від типу агроприйому (беззмінно й сівозміна, мінеральні й органічні добрива). Застосування сидерації у поєднанні з мінеральними добривами сприяє затримці ефекту «ґрунтовтомлення», запобігає зниженню врожайності беззмінної культури й дозволяє вдвічі зменшити кількість мінеральних добрив.

Рис. 4. Целлюлозоруйнуюча активність і збільшення токсичності ґрунту при беззмінному вирощуванні льону-довгунця (модельний дослід)

Встановлено, що вже на другий рік вегетації льону-довгунця токсичність ґрунту накопичувалася до 60% (див. рис. 4.) у варіанті без застосування добрив і у варіанті, де застосовувалися мінеральні добрива. У той же час застосування сидерації в чистому вигляді й у поєднанні із зменшеною на половину дозою мінеральних добрив зводило токсичну дію беззмінної культури до нуля, що викликано активізацією бактерійної мікрофлори за рахунок внесеної свіжої органічної речовини, яка легко гідролізується.

Мультисубстратним тестуванням ґрунту (рис. 5) в посівах льону-довгунця було встановлено, що чисельність бактеріальної мікрофлори у варіантах беззмінного обробітку із застосуванням гною й мінеральних добрив була вища на джерелах вуглецю, що містять цукри - манозу й арабінозу, кислоти - лимонну і бурштинову, амінокислоти - тирозин.

Таким чином, порівнюючи тривалі польові й вегетаційні дослідження за мультисубстратним тестуванням підзолистих ґрунтів, були встановлені зміни у мікробному складі різних агрофітоценозів за структурою використаних джерел вуглецю. При тривалому беззмінному обробітку льону-довгунця активність мікробних угруповань, що використовують цукри, зміщується з глюкози в сторону манози й арабінози. Стає більш виразною доля мікробних угруповань, що використовують різні кислоти (лимонну, бурштинову) й амінокислоту - тирозин, що свідчить про посилення кислотних процесів і зміни у функціональній спрямованості.

На основі комплексу агрохімічних, агрофізичних із врахуванням мікробіологічних досліджень створено наукове обґрунтування й запропоновано систему агротехнічних заходів у короткоротаційних сівозмінах, що включають проміжні культури, які забезпечують ефективне мінеральне живлення рослин, сприятливий фітосанітарний стан, відтворення ґрунтової родючості та одержання стабільних врожаїв сільськогосподарських культур на підзолистих і дерново-підзолистих ґрунтах різних природно-кліматичних зон.

Молекулярно-генетична оцінка прокаріотного комплексу підзолистих ґрунтів. Показано оцінку біомаси прокаріотів за кількістю ПЛР продукту в підзолистих ґрунтах методом ПЛР у реальному часі беззмінних культур і в ланці сівозміни перед збиранням врожаю. Простежувався низький вміст біомаси прокаріотів беззмінної культури льону-довгунця й конюшини. Біомаса прокаріот у посівах озимого жита була найбільшою і по варіантах досліду не відрізнялася. Таким чином, озиме жито сприяє забезпеченню найбільш високого рівня розвитку прокаріотних мікроорганізмів у ґрунті.

Таким чином, за узагальненими даними аналізів ПЛР у реальному часі вміст ПЛР продукту в зразках, а отже, і біомаса прокаріотних мікроорганізмів у ґрунті під посівами культури льону і в умовах багатолітнього чистого пару перебуває на вкрай низькому рівні й збільшується більше ніж на 1 порядок у варіантах досліду з добривами і в сівозміні. Слід відзначити збільшення мікробної біомаси в літній період, що пов'язане з погодно-кліматичними умовами.

Рис. 5. Кількість ПЛР продукту прокаріот у підзолистих ґрунтах беззмінних культур і в ланці сівозміни із застосуванням мінеральних добрив (ПЛР у реальному часі, праймер EU3, перед збиранням врожаю)

Філогенетичні дендрограми, які побудовані на основі отриманих даних профілів методом tRFLP, показують філогенетичну різноманітність ґрунтових мікроорганізмів різних варіантів досліду.

Топологія розподілу прокаріотних генотипів ґрунтового мікробного комплексу у варіанті беззмінного чистого пару без застосування мінеральних добрив на дендрограмі свідчить про наявність двох основних кластерів, які складаються з чотирьох підкластерів, що відповідають шести домінантним генотипам, велику частину з яких становлять некультивовані види й види ґрунтових бактерій роду Caloramator і Rumen. За кількістю домінантних генотипів варіант чистого пару був найнижчим після беззмінних культур.

Розподіли прокаріотних генотипів ґрунтового мікробного комплексу у варіанті беззмінної культури льону-довгунця із застосуванням мінеральних добрив на дендрограмі свідчать про наявність трьох основних кластерів, які відповідають трьом домінантним генотипам, велику частину з яких становлять некультивовані види й види ґрунтових бактерій, що належать до представників філотипів Alpha proteobacterium, Arcobacter, Campilobacteracea і Caldicellulosiruptor. Слід зазначити, що порівняно з варіантом без добрив, спостерігається зниження видової різноманітності й практично повна зміна домінантних філотипів прокаріот. Це свідчить про те, що при систематичному застосуванні мінеральних добрив спостерігається збіднення прокаріотного комплексу мікроорганізмів і зміна його філогенетичної структури.

Представлені розподіли прокаріотних генотипів ґрунтового мікробного комплексу у варіанті культури льону-довгунця в ланці сівозміни із застосуванням мінеральних добрив на дендрограмі свідчить про наявність двох основних кластерів, один з яких складається з шести підкластерів, які відповідають десяти домінуючим генотипам, більшу частину з яких складають некультивовані види й види ґрунтових бактерій, що належать до представників роду Dyctyoglomus, Thermosipho, Firmicutes, Caldicellulosiruptor, Methylorkorus, Selenomonas, Neoricettsia, і Aqvitela. При ротації культур у сівозміні у вищезазначеному варіанті спостерігалося на фоні мінерального живлення більше видове біорізноманіття серед домінантних видів. Таким чином, в умовах сівозміни із застосуванням мінеральних добрив підтримується найбільш висока кількість філотипів і, відповідно, біорізноманіття прокаріотного комплексу в посівах льону-довгунця, що пояснюється найбільш сприятливими умовами для зростання й розвитку культури.

Порівняння генетичних профілів tRFLP і дендрограм видового біорізноманіття різних агроценозів свідчить, що беззмінне вирощування рослин призводить до збіднення генетичних ресурсів мікрофлори ґрунту і корінній зміні його якісного складу навіть на рівні великих таксономічних одиниць. Це безпосередньо пов'язано із зниженням витривалості рослин до природних і антропогенних стресів. Ротація сільськогосподарських культур у ланці сівозміни обумовлює видове оновлення мікробоценозу.

Таким чином, поєднання вищенаведених методів молекулярно-генетичного аналізу дало можливість на новому рівні науково-обґрунтовано оцінити бактеріальне різноманіття в ґрунтах, побачити нові генотипи ґрунтової мікробіоти, що не культивуються або слабо культивуються на елективних поживних середовищах загальноприйнятими мікробіологічними методами. Це відкриває широкі перспективи застосування їх для вивчення екології мікробних угруповань і мікробіологічного моніторингу ґрунтів. Крім того, знаючи ґрунтові мікробіологічні процеси і їх спрямованість, можна науково-обґрунтовано використовувати агрозаходи з метою підвищення культури землеробства.

Екологічна оцінка біорізноманіття прокаріот підзолистих ґрунтів в агробіоценозах. Показано, що індекс домінування при обробітку сільськогосподарських культур (табл. 2) мав низькі значення, аналіз отриманих даних свідчить про досить стабільні гомеостатичні системи ґрунтових прокаріот, що склалися. Рівень домінування в ланці сівозміни був у 2-3 рази нижчий, ніж у беззмінних варіантах досліду, що характеризує вищу вирівненість чисельності різних генотипів прокаріот у комплексі.

Таблиця 2. Екологічні параметри прокаріотного комплексу підзолистих ґрунтів ланки сівозміни

Проведений аналіз екологічних параметрів за індексами «значення» комплексу прокаріот у ґрунті ланки сівозміни (конюшина, льон-довгунець, жито озиме) на основі тривалих польових дослідів МСГА за підсумками tRFLP свідчить, що по індексу «видового» багатства прокаріот підзолистих ґрунтів розташовуються варіанти досліду у висхідному порядку таким чином: чистий пар беззмінний льон із застосуванням NPK > конюшина беззмінно із застосуванням NPK > льон беззмінно без добрив > льон у сівозміні без добрив > жито озиме беззмінно із застосуванням NPK > льон беззмінно із застосуванням гною > жито озиме в сівозміні із застосуванням NPK > льон у сівозміні із застосуванням NPK > конюшина в сівозміні із застосуванням NPK. Отримані дані свідчать, що видове багатство прокаріот вище в ґрунтах, куди систематично надходили речовини у вигляді рослинних решток і органічних добрив, це узгоджується з наявними в літературі даними.

На підставі отриманих результатів досліджень функціонування й біорізноманіття мікробного комплексу представлена узагальнена схема, що відображає зміни мікробного комплексу, які відбуваються в ґрунті в умовах сільськогосподарського виробництва. Визначальним чинником формування мікрофлори є сівозміна, в якій стабільно підтримується високий рівень біомаси, різноманітності мікроорганізмів і в умовах беззмінної культури льону-довгунця, де внаслідок підтримки специфічного складу кореневих ексудатів і рослинних решток відбувається зниження біомаси і генетичного потенціалу мікроорганізмів.

Таким чином, на формування структури мікробного комплексу ґрунту під посівами льону-довгунця суттєво впливає історія поля (сівозміна, беззмінна культура). В умовах тривалої беззмінної культури льону довгунця порівняно з сівозміною відбувається збіднення бактеріального комплексу і зміна його структури. Спостерігається зміна домінантних форм. Знижується генетична різноманітність прокаріот.