Разложение целлюлозы микроорганизмами при использовании различных технологий обработки почвы

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАЗЛОЖЕНИЕ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ МИКРООРГАНИЗМАМИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

Карипов Р.Х., к.с.х.н. Муранец А.П., к.биол.н

КАТУ им. С.Сейфуллина, Астана

Аннотация

На численность и активность комплекса микроорганизмов, участвующие в разложении целлюлозы оказывают влияние ряд факторов, основными из которых является аэрация почвы, влагообеспеченность, количество растительных остатков. Излишняя плотность и низкая влажность почвы отрицательно влияет на развитие микроорганизмов и их активность. Наибольшая разрушение полотна наблюдалось в верхних горизонтах почвы при использовании традиционных и минимальных технологий и достигало 25%. При этом интенсивность разложения целлюлозы по мере углубления в почвенном профиле существенно снижается. При использовании нулевых технологий лишь в верхнем 10 см слое наблюдалась незначительная биологическая активность почвы. В нижележащих слоях почвы она была минимальной, убыль целлюлозы составляла всего 1% от веса заложенного полотна. При нулевой технологии повышается частота встречаемости в почве грибов рода Fusarium, что может увеличивать вероятность корневых инфекций при монокультуре.

Ключевые слова: нулевые технологии, интенсивность разложения целлюлозы, обработка почвы, темно-каштановые почвы

Резюме

Интенсивность разложения целлюлозы в почве определялась совместным действием нескольких факторов в первую очередь погодными условиями, физическими свойствами и химическим составом почвы, а также количеством органического вещества, поступающего в почву. Наибольшая интенсивность разложение целлюлозы наблюдалось при использовании традиционной технологии и достигала 25% разложения льняного полотна.

Т?йіндеме

Топыра?та?ы целлюлоза ыдырау ?ар?ындылы?ы бірнеше факторлар?а, бірінші кезекте ауа райы жа?дайларына, топыра?ты? физикалы? ?асиеті ж?не химиялы? ??рамына, сондай-а? топыра? енетін органикалы? заттарды? м?лшерімен сия?ты аралас іс-?рекеттер ар?ылы аны?талды. Целлюлоза ыдырау ?ар?ындылы?ы д?ст?рлі технологияны пайдалану кезінде бай?алып, ж?не зы?ырды? 25 % ыдырауына ?ол жеткізілді.

Summary

The intensity of cellulose decomposition in the soil was determined by the combined action of several factors. These factors are weather conditions, physical properties and chemical composition of the soil, as well as the amount of organic substances entering the soil. The greatest intensity of cellulose decomposition was observed when using conventional technology, and reached a 25 % expansion of linen.

(С. Amerman, 1977; Р. Сornich, 1981; James A. Roberison, 1984; Х.П. Ален, 1985; Е.И. Рябов, 2003)

Введение

Интенсивное возделывание культур (севообороты, обработка почвы, мелиорация, внесение минеральных и органических удобрений, пестицидов и ряда других веществ) вызывает те или иные сдвиги в почвенных процессах.

В настоящее время широко внедряются нулевые технологии, применение которых, по сравнению с традиционными, позволяет существенно снизить затраты. По данным ФАО ООН, по технологии нулевой обработки обрабатывается около 100 млн. гектаров, среди которых 84% площадей находится на Американском континенте. Лидерами по применению технологий сберегающего земледелия являются страны - ведущие экспортеры зерна: США, Аргентина, Бразилия, Австралия, Канада. По мировой статистике, Россия, также входит в число остальных стран с площадью под сберегающим земледелием около 1 млн. га [1-7].

Темно-каштановые почвы Северного Казахстана находятся в зоне сухой степи, где дефицит влаги препятствует росту растений и активности микроорганизмов и, следовательно, замедляет разрушение растительных остатков.

Целесообразность того или иного способа обработки почвы во многом определяется наличием растительных остатков и соотношением процессов их накопления и разложения в почве. На скорость накопления и разложения растительных остатков в темно-каштановой почве влияют способы обработки почвы, влагообеспеченность и длительность возделывания пшеницы на одном и том же поле. Целью наших исследований было изучение интенсивности разложения целлюлозы в почве под посевами пшеницы сорта Целинная - Юбилейная, в зависимости от технологии обработки почв.

Целлюлоза - наиболее распространенный полисахарид растительного мира. В состав целлюлозы (клетчатки) входит более 50% всего органического углерода биосферы. Высшие растения на 15-50% состоят из целлюлозы.

В связи с большим количеством синтезируемой в природе целлюлозы микроорганизмы, ее разлагающие, играют очень важную роль в процессе минерализации и круговороте углерода. Разнообразие микрофлоры, способной разлагать целлюлозу в почве, позволяет проводить трансформацию этого вещества в различных условиях аэрации, при кислом или щелочном рН, низкой или высокой влажности и температуре. Для большинства микроорганизмов, разлагающих целлюлозу, характерна высокая специфичность по отношению к этому веществу. Целлюлозу разлагают аэробные микроорганизмы (бактерии и грибы) и анаэробные мезофильные и термофильные бактерии.

Материалы и методика исследований

Полевые опыты по выявлению влияния ресурсосберегающей технологии на интенсивность разложения целлюлозы микроорганизмами, являющийся одним из показателей интенсивности микробиологической деятельности, в посевах яровой пшеницы проводились на полях землепользования АО «Акмола - Феникс»», Акмолинской области в четырехпольном севообороте.

Изучались следующие варианты:

- традиционная технология включала послеуборочное рыхление почвы плоскорезом-глубокорыхлителем ПГ-3-5 на 23-25см, ранневесеннее боронование агрегатом БМШ-15, предпосевную обработку культиватором ОП-8 и посев сеялкой Джон - Дир 1830 со стрельчатыми лапами;

- минимальная технология состояла из осеннего чизельного рыхления на 23-25см, предпосевного опрыскивания гербицидом Ураган форте в дозе 2 л/га (за 7-8 дней до посева) и посева яровой пшеницы сеялкой Джон - Дир 1830 с анкерными сошниками;

- нулевая технология без механические обработки, перед посевом проводилось опрвскивание гербицидом Ураган форте в дозе 2 л/га и посев сеялкой Джон - Дир 1830 с анкерными сошниками;

Потенциальная активность разложения целлюлозы в почвах определялась в полевых условиях разложение целлюлозы в тёмно-каштановой почве под посевами рыжика ярового методом аппликаций.Аэробные целлюлозоразрушающие микроорганизмы выделяли на среде Гетчинсона.

Результаты исследований

На численность и активность комплекса микроорганизмов, участвующие в разложении целлюлозы оказывают влияние ряд факторов, основными из которых является аэрация почвы, влагообеспеченность, количество растительных остатков. Многочисленными исследованиями установлено, что чрезмерно рыхлое и слишком плотное сложение почвы ухудшают условия жизни растений и оказывают негативное влияние на биологические процессы в ней. Излишняя плотность почвы ограничивает распространение корней, увеличивает теплопроводность и отрицательно влияет на развитие микроорганизмов почвы и процессы, в которых они участвуют. Вместе с тем чрезмерное рыхление, при обработке ухудшая контакт семян с почвой, также оказывает негативное влияние на биоценозы почвы.

Известно, что для каждого вида растений существует оптимальная плотность почвы. Для большинство зерновых культур она составляет 1,2-1,3 г/см3. Эти параметры очевидно и определяют возможные пределы минимализации обработки почвы. В засушливых условиях рыхлое сложение пахотного слоя является одной из причин ухудшения водного режима почвы.

Анализ показал, что перед посевом яровой пшеницы по традиционной технологии обработки плотность почвы слоя 0-30 см была в пределах 1,07 -1,15 г/см3. При использовании нулевых показателей этот показатель повышался до 1,3 г/см3

На комплекс почвенных микроорганизмов также большое влияние оказывают органические вещества, поступающие в почву из растительных остатков. В наших исследованиях наибольшее количество стерни сохранилось варианту с использованием нулевых технологий. При отсутствии механической обработки на поверхности почвы полностью сохраняется стерня,которая способствует не только накоплению зимних осадков, но и эффективно защищает почву от ветровой эрозии. Как видно из таблицы 1 на этом варианте перед посевом яровой пшеницы имелось в среднем за 2009-2011годы 171 шт./м2 стерни,что на 141 и 73 шт./м2 стерни соответственно больше,чем на вариантах с традиционной и минимальной технологией обработки почвы.

Таблица 1-Количество стерни в зависимости от технологии обработки почвы

Интенсивность разложения целлюлозы в почвах зависит как от состава микробных ассоциаций, разрушающих целлюлозу, так и от экологических условий, характерных для данного биоценоза. Целлюлозолитическая активность является важным показателем интенсивности деструкционных процессов в почве. Как видно из рис. 1 процесс разложения целлюлозы наиболее активно наблюдался при традиционных технологиях возделывания почвы.

а- традиционная б- минимальная в-нулевая технология технология технология

Рисунок- 1 Разложение льняного полотна (2 месяца экспозиции)

Интенсивность разложения целлюлозы в почве определялась совместным действием нескольких факторов в первую очередь погодными условиями, объемом, физическими свойствами и химическим составом почвы, а также количеством органического вещества, поступающего в почву.

Наибольшая разрушение полотна наблюдалось в верхних горизонтах почвы при использовании традиционных и минимальных технологий обработки почвы и достигало 25%. При использовании нулевых технологий лишь в верхнем 10 см слое почвы наблюдалась невысокая биологическая активность почвы. В слоях почвы более 30 см биологическая активность была минимальной, убыль целлюлозы составляла всего 1% от веса заложенного полотна.

Интенсивность разложения целлюлозы в почвах зависит как от состава микробных ассоциаций, разрушающих целлюлозу, так и от температуры и влажности почвы. Потенциальная интенсивность разложения целлюлозы при использовании традиционных технологий была максимальной в слое 0-20см и снижалась на глубине 20-40 см (рис.2). Активность разложения целлюлозы в благоприятных условиях при использовании традиционных технологий была максимальной (33%) в почве слоя 0-10см и снижалась до 10% на глубине 30-40см.

Рис.2- Потенциальная целлюлозоразрушающая активность почвы

При использовании как минимальных, так и нулевых технологий наблюдалось снижение интенсивности разложения до 20 и 17 % в слое 0-10см соответственно и до 10% в слое почвы 30-40см. При использовании как минимальных, так и нулевых технологий наблюдалось заметное снижение интенсивности разложения целлюлозы в слое 30-40 см. По всей видимости на этот процесс оказывало влияние распределения растительных остатков по горизонтам почвы, а в связи с этим и численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов.

Численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов в почвах, так же как и других почвенных микроорганизмов, изменяется в течение вегетационного периода, что обусловлено поступлением свежих растительных остатков, изменением гидротермического режима и других факторов. Из целлюлозоразрушающих грибов в наибольшем количестве выявлялись грибы из рода Chaetomium (рис. 3). Они обнаруживались в основном в пахотном слои почвы, что связанно с большим содержанием растительных остатков и значительно лучшей аэрацией по сравнению с подпахотным слоем почвы 20-40 см.

Рис.-3 Целлюлозоразрушающий гриб Chaetomium spirale (ув. x100)

Из актиномицетов, разлагающим целлюлозу, выделялись представители родов Streptomyces, Streptosporangium, Micromonospora, из миксомицетов - представители родов Dematium, Chaetomium, Trichoderma, Aspergillus, Penicillium, Botrytis, Rhizoctonia, Fusarium. В разрушении целлюлозы участвовали грибы других классов, среди которых много паразитических грибов, вызывающих болезни корневой системы культурных растений.

Таблица-2 Видовой состав и частота встречаемости целлюлозоразрушающих грибов в пахотном слое почвы

Как видно из таблицы 2, пространственная частота встречаемости миксомицетов из классов Deuteromycetes и Ascomycetes была высокой. Нулевые технологии повышают частоту встречаемости в почве грибов рода Fusarium, что может увеличивать вероятность корневых инфекций при монокультуре.

В наших опытах наибольший урожай яровой пшеницы в среднем за три года был получен на варианте с минимальной технологией обработки почвы и составил 17,4 ц/га. По этому варианту достоверная прибавка урожая по отношению к традиционной технологии составила 2,7 ц/га, а в сравнении с нулевой технологией - 1,8 ц/га.

целлюлоза разложение микроорганизм почва

Таблица 3 - Урожайность яровой пшеницы за 2009-2011 годы в зависимости от технологии обработки почвы

Урожайность яровой пшеницы на варианте с нулевой технологией оказалась несколько ниже в сравнении с минимальной технологией, но достоверно выше, чем на контроле.

Обсуждение полученных данных и заключение

Неоднородность распределения растительных остатков в почве является одной из причин наиболее интенсивного размножения целлюлозоразрушающих микроорганизмов в верхнем слое почвы 0 - 20 см независимо от технологий обработки почвы.

Наибольшее разрушение полотна наблюдалось в верхних горизонтах почвы при использовании традиционных и минимальных технологий обработки почвы и достигало 25%. При использовании нулевых технологий лишь в верхнем 10 см слое почвы наблюдалась невысокая биологическая активность почвы. В нижележащих слоях почвы биологическая активность была минимальной, убыль целлюлозы составляла всего 1% от веса заложенного полотна.

Потенциальная активность разложения целлюлозы в благоприятных условиях использовании традиционных технологий была максимальной (33%) в почве слоя 0-10см и снижалась до 10% на глубине 30-40см. При использовании как минимальных, так и нулевых технологий наблюдалось снижение интенсивности разложения до 20 и 17 % в слое 0-10см соответственно и до 10% в слое почвы 30-40см.

Список используемых источников

1. Amerman C. Tillage and hydrology // U. S. Department of Agric. 1977, № 57, S. 73- 88.

2. Сornich Р., Mc Neill A. Adaptation of wheat to new tillage systems. - Nat. Workshop tillage systems Grop Product., 1981: Е 2-5

3. Roberison James A. The soil of the interior planis of Western Canada // Prarik forum, 1984. 9, 2, 217-230.

4. Ален, Х.П. Прямой посев и минимальная обработка почвы / пер. с англ. М.Ф. Пушкарева.- М.: Агропромиздат, 1985.- 208 с.

5. Рябов, Е.И. Ресурсосберегающие технологии возделывания сельскохозяйственных культур.- Ставрополь: Издательство СтГАУ «Агрус».- 2003. - 152 с

6. Немыкин А.А., Никульчев К.А., Немыкин С.А., Захарова Е.Б. Минимализация обработки почвы в Амурской области //Международный научно-исследовательский журнал. - 2015 - № 3.

7. Фомин В.Н., Ситдиков И.Г., Нафиков М.М.Влияние агротехнических приёмов на урожайность и качество зерна ячменя // Современные проблемы науки и образования.- 2011 -№3.

Размещено на Allbest.ru