Использование показателей микробиологической активности почв в оценке процессов трансформации органического вещества почв агроценоза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Оренбургский государственный университет»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВ В ОЦЕНКЕ ПРОЦЕССОВ ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПОЧВ АГРОЦЕНОЗА

Галактионова Л.В., к.б.н., доцент

Сушкина К.Н., магистрант 17Био(м)ЭОП

По своей сути процесс гумусообразования является экологическим [14]. Ещё основоположник отечественного почвоведения Докучаев В.В. дал характеристику процесса гумусообразования как функции гидротермических и биологических условий.

Биологический фактор гумусообразования проявляется через качество и количество поступающих в почву растительных остатков, деятельность почвенных микроорганизмов и ферментативную активность почв. Растения оказывают непосредственное влияние на процессы гумусообразования, они, являясь источником органического вещества, оказывают влияние на качество и количество гумуса.

Исследования отечественных и иностранных учёных указывают на тесную взаимосвязь между интенсивностью биологических процессов, составом и численностью микроорганизмов, а также содержанием органического вещества и биогенных элементов в почве. Почвенные микроорганизмы обладают мощным ферментативным аппаратом, выполняют многообразные функции в кругообороте всех химических элементов, участвуют в почвообразовании и поддержании почвенного плодородия. Почва является естественной средой обитания микроорганизмов, которых насчитывают миллионы в каждом её грамме. Эта биомасса оказывает значительное влияние на происходящие в почве процессы и на её плодородие. Микроорганизмы определяют интенсивность биологических процессов в почве, связанных с трансформацией органического вещества и циклом питательных элементов[5].

Формирование органической части почвы происходит при непосредственном участии микроорганизмов, многостороннее действие которых на предшествующие растительные остатки невозможно описать в виде нескольких биохимических реакций [15].

По данным Н. Д. Ананьевой, Т. В. Балаян, любое воздействие на почву значительно изменяет характер биологических процессов, протекающих в ней [1,4]. Распашка вызывает коренную перестройку всех компонентов почвы, её гомеостаза, отражаясь в первую очередь на её органической части.

Антропогенная трансформация гумусного состояния чернозёмов приобрела направление нарастающей деградации. Анализ особенностей функционирования почвенных микроорганизмов в экосистемах позволяет определить причины происходящих в ней изменений и наметить пути их регулирования [9-11]. Изучение комплекса почвенных микроорганизмов представляет значительный интерес для решения многих ключевых задач, включая плодородие чернозёмов и устойчивость агроэкосистем [5].

Поэтому микробиологических активность почвы в этом случае следует рассматривать как одну из важнейших характеристик процесса трансформации органического вещества и биогенных элементов в почвах агроценоза.

Цель исследования ? изучение микробиологической активности почв в различных вариантах длительного стационарного опыта на примере чернозёма южного Оренбургского Предуралья.

Объекты и методы исследования.

Исследования проводились на территории испытательных полей ФГБ НУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук» в 15 км восточнее г. Оренбурга, п. Пригородный Оренбургского района (51.775776 С.Ш., 55.311166 В.Д.). Отбор проб производился в первой декаде июня, методом конверта со следующих вариантов опыта: 1) двупольный посев пшеница + горох; 2) бессменное возделывание кукурузы на зерно; 3) бессменное возделывание твёрдой пшеницы на зерно; 4) чёрный пар под севооборотом; 5) бессменный пар (29 лет); 6) целинный участок.

Методика исследования предусматривала отбор почвенных образцов на целинном участке, участке под севооборотом и 3-х вариантов бессменного возделывания (бессменный пар, кукуруза, твёрдая пшеница, пшеница + горох) из слоёв 0-20, 20-30 см в трёхкратной повторности.

Определяли биологическую активность южных чернозёмов с использованием метода посева на плотные питательные среды. В лабораториях кафедр биологии и почвоведения и биохимии и микробиологи ФГБОУ ВО ОГУ проводили определение её микробиологических и биохимических свойств.

Актуальную биологическую активность почвы устанавливали методом определения функциональной структуры комплекса почвенных микроорганизмов. Каждая физиологическая группа определяет интенсивность определённого физиолого-биохимического процесса, осуществляемого таксономически различными микроорганизмами [7].

Учитывали численность колониеобразующих единиц (КОЕ) микроорганизмов, использующих органические и минеральные формы азота, микроорганизмы, участвующие в минерализации гумусовых веществ, по методике описанной Д.Г. Звягинцевым [12]. Функциональная структура комплекса почвенных микроорганизмов определялась по соотношению численности разных физиологических групп с использованием ряда диагностических сред аммонификаторов на мясопептонном агаре (МПА), амилолитических на крахмало-аммиачном агаре (КАА), грибов на среде Чапека, целлюлозолитическую активность почв на среде Гетчинсона, автохтонную микрофлору на НА. Методом обрастания комочков почвы определяли бактерии рода Azotobacter на среде Эшби и [6, 12, 13]. Общее количество микроорганизмов определяли методом люминесцентной микроскопии (Звягинцев, 1991) на микроскопе «BIOMED2L», (Россия).

Результаты исследования. Среди биологических индикаторов, характеризующих различные аспекты состояния почвенной биоты, ведущее место занимают почвенные микроорганизмы вследствие своей высокой лабильности, исключительно чёткой способности реагировать на изменения, происходящие в почве [7]. В настоящее время механизмы функционирования микробных сообществ в почвах выяснены ещё недостаточно и требуют детализации количественно-качественных характеристик биогенности почв. Известно, что именно они обеспечивают стабильную устойчивость и продуктивность биогеоценозов. Показатели микробиологической активности представлены в таблице 1.

биологический активность почва гумусообразование

Таблица 1

Общая численность и состав основных групп микроорганизмов в почвах агроценоза

Примечание: *- расчёт на 1 грамм абсолютно сухой почвы.

Общая численность бактерий, рассчитанная с помощью метода люминесцентной микроскопии, показала, что почвы агроценозов характеризуются меньшей численностью микроорганизмов по сравнению с целинными, за исключением вариантов: бессменной кукурузы, чёрного пара под севооборотом и пшеница + горох. Это объясняется поступлением в почву свежего органического вещества с пожнивными остатками.

В составе микрофлоры почвы принято выделять так называемые физиологические группы микроорганизмов, которые участвуют в различных процессах и на разных этапах разложения органических веществ [7].

Бактерии-аммонификаторы, являющиеся гнилостными микроорганизмами, вызывают гниение растительных и животных остатков, разложение мочевины. К ним относятся такие аэробные бактерии как Baccillus subtilis и B. мesentericus, бактерии рода Proteus, грибы рода Aspergillus, Mucor и др. Вариант опыта с черным паром под севооборотом и почвы целинного участка характеризовались максимальной численностью бактерий, утилизирующих органические формы азота.

Используя шкалу оценки степени обогащённости почвы микроорганизмами разработанную Звягинцевым Д.Г. (1978), по содержанию аммонифицирующих бактерий образцы почвы характеризуются как очень богатые; по содержанию актиномицетов - средней обогащённости и богатые; по количеству автохтонных микроорганизмов образцы почвы характеризуются как очень бедные, за исключением вариантов с черным паром под севооборотом (богатая) и бессменным паром (бедная).

Численность бактерий, утилизирующих минеральный азот и выделенных на КАА, в вариантах опыта и контроле различалась не достоверно. В целом их численность в слое 20-30 см почвы была выше, чем в слое 0-20 см, что возможно связано с обеднением подпахотного горизонта элементами минерального питания в результате их активного поглощения корневыми системами растений в процессе создания урожая.

Расчёт скорости микробного разложения растительной биомассы, определяемой по предложенному Мишустиным Е.Н. (1975) коэффициенту минерализации (отношение КАА/МПА), свидетельствует о том, что скорость минерализации растительных остатков на пахотных участках выше показателя в естественном биоценозе, за исключением чёрного пара под севооборотом, где коэффициент составил - 0,08 что на 40% ниже контроля (таблица 2).

Таблица 2

Значение коэффициента минерализации (КАА/МПА)

Такие низкие показатели интенсивности процесса минерализации в почвах агроценозов можно объяснить низкими показателями запасов влаги, которые приводят к угнетению почвенной микрофлоры в целом, и, как следствие, к снижению скорости трансформации растительных остатков [2]. А максимальные значения показателя в почвах бессменного пара многолетним отсутствием поступления растительных остатков, агротехническим воздействием, аэрацией и минерализацией гумусовых соединений.

Нитрифицирующие бактерии участвуют в процессе нитрификации и переводят соли аммония в нитриты и нитраты. Автохтонная группа микроорганизмов характеризуется как коренная или собственно почвенная микрофлора, которая в естественных условиях не доминирует, поскольку активно идут процессы иммобилизации азота почвенной микрофлорой.

В вариантах с чёрным и бессменным паром численность данной группы микроорганизмов выше, чем на целине. Что свидетельствует об энергично идущих процессах мобилизации соединений азота.

По численности микроскопических грибов почвы в нижней части гумусного горизонта характеризуются как богатые, а в слое 0-20 см как бедные. Почва подпахотного горизонта бессменного пара характеризовалась наибольшим значением численности грибов из всех вариантов опыта.

Численность целлюлозолитических микроорганизмов в вариантах с посевом кукурузы и целиной характеризовалась высокими значениями показателя, что объясняется поступлением в почву растительных остатков в виде грубых органических соединений, пожнивных остатков и соломы.

Азотфиксирующие бактерии обладают способностью усваивать из воздуха атмосферный азот и в процессе жизнедеятельности образуют из молекулярного азота белки и другие органические соединения азота. При изучении комплекса почвенных микроорганизмов различных вариантов опыта были проведены исследования по выделению бактерий рода Azotobacter, которые являются индикатором наличия в почве органических соединений и влаги [3, 8]. Образцы всех вариантов опыта характеризуются высокими значениями процента обрастания комочков почвы бактериями рода Azotobacter.

Процент обрастания комочков почвы бактериями рода Azotobacter на среде Эшби на пахотных участках в вариантах с чёрным и бессменным паром был выше на 40 и 43% соответственно, чем на целине. Высокие показатели свидетельствуют о большей доступности подвижных форм азота, фосфора, калия в этих вариантах опыта

Таким образом, большое значение в функционировании агроэкосистемы имеют микроорганизмы, принимающие активное участие в круговороте элементов питания растений (азота, фосфора, калия, углерода и др.). В почвах севооборота создаются более благоприятные условия для развития почвенной микрофлоры, по сравнению с остальными вариантами пахотного использования почв, в основном за счёт поступления в почву свежего органического вещества и прикорневых выделений. Расчет значений коэффициента минерализации позволил сделать вывод о том, что в почвах бессменного пара наблюдаются процессы активной минерализации органического вещества почв.

Список литературы

1. Ананьева, Н. Д. Микробиологическая оценка почв в связи с самоочищением от пестицидов и устойчивостью к антропогенным воздействиям / Н.Д. Ананьева: автореф. дис. … на соиск. учен. степ. д-ра биол. наук [Институт физ.-хим.и биол. проблем почвоведения РАН]. М.

2. Анилова Л.В. Роль растительного покрова в экологии гумусообразования лесостепных и степных черноземов Оренбургского Предуралья / Л.В. Анилова: дис. …канд. биол. наук. Оренбург 2007. 143 с.

3. Багаутдинов Ф.Я., Хазиев Ф.Х. Состав и трансформация органического вещества почв/ Ф.Я. Багаутдинов, Ф.Х. Хазиев. Уфа: Гилем. 2000.-197 с.

4. Балаян, Т. В. Биологическая активность дерновоподзолистой почвы и урожай сельскохозяйственных культур/ Т.В. Балаян // Почвоведение. 1993. №

5. Гришко В.Н., Сыщикова О.В. Структурно-функциональные особенности сообщества актиномицетов в некоторых чернозёмах и засолённых почвах Украины // Почвоведение. 2010. № 2. С. 221-228.

6. Добровольская Т.Г. Методы идентификации почвенных бактерий/ Т.Г. Добровольская, Л.В. Лысак, И.Н. Скворцова. М.: Изд-во МГУ,1989. 69 с.

7. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы / Д.Г. Звягинцев М.: Изд-во МГУ, 1987.-395 с.

8. Кираев Р.С. Биологическая активность почв в условиях лесостепи Южного Предуралья / Р.С. Кираев,И.К. Хабиров, И.Л. Фаткуллин, Г.Ф. бойко // Почва, жизнь, благосотояние: сборник материалов Всероссийской конференции. Пенза: Приволжский Дом Знаний, 2000.- С.118-123.

9. Кутузова Р.С. Микробное сообщество и анализ почвенномикробиологических процессов в дерново-подзолистой почве / Р.С. Кутузова, О.В. Сирота, О.В. Орлова, Н.И. Воробьев // Почвоведение. 2001. № 3. С. 320-332.

10. Куприченков М.Т., Менькина Е.А. Биогенность чернозёма обыкновенного Предкавказья // Плодородие. 2013. № 5 (74). С. 23-24.

11. Лысак Л.В. Бактерии в окультуренных почвах монастырей таёжно-лесной зоны / Л.В. Лысак, Н.А. Семионова, М.А. Буланкина, И.С. Урусевская, Н.Н. Матинян // Почвоведение. 2004. № 8. С. 976-985.

12. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с.

13. Микробиологический мониторинг почв: учебное пособие для вузов / под ред. Н.Г. Захарова, Ф.К. Алимова, С.Ю. Егорова. Казань: Казанский государственный университет им. В.И. Ленина, 2005. 81 с.

14. Русанов А.М. Гумусное состояние чернозёмов Уральского региона как функция периода их биологической активности/ А.М. Русанов // Почвоведение. 1998. №3.-С. 302-308.

15. Титова В.И., Козлов А.В. Методы оценки функционирования микробоценоза почвы, участвующего в трансформации органического вещества: Научно-методическое пособие / Нижнегородская с.-х. академия. Нижний Новгород, 2012. 64 с.

Размещено на Allbest.ru