Активність мікроорганізмів у рунті лісостепу України

Реферат на тему: 

Активність мікроорганізмів-азотфіксаторів у ґрунті  західного лісостепу України






Несимбіотичні азотфіксатори – це комплекс вільноіснуючих та асоціативних мікроорганізмів, життєдіяльність яких пов’язана з кореневою системою рослин, водоростями і ціанобактеріями. Вільноіснуючі азотфіксатори трапляються серед хемотрофів і фототрофів, аеробів і анаеробів [1]. Відомо близько 130 родів вільноіснуючих бактерій-азотфіксаторів і понад 100 таксонів синьозелених водоростей.  Для життєдіяльності вільноіснуючих азотфіксаторів важливе значення мають рослинні організми. Зокрема, бобові можуть у 10-100 разів збільшувати в ризосфері кількість клітин анаеробів із роду клостридій, що пов’язано із виділеннями їхньої кореневої системи.

В. Кудеяров [3] з’ясував, що для різних ґрунтових зон рівень несимбіотичної азотфіксації коливається в межах 30-40 кг·га-1·рік-1. Подібні дані отримали співробітники Ротамстедської станції в Англії [7].

Мікроорганізми у разі надходження до ґрунту нітрогенних добрив сповільнюють процес фіксації атмосферного азоту і для побудови своїх тіл використовують мінеральні форми цього елемента. Виявлено [2, 6, 9], що надходження понад 60-120 кг·га-1 нітрогенних добрив пригнічує несимбіотичну азотфіксацію у ґрунті. Проте в дослідах Ротамстедської дослідної станції  довготривале застосування нітрогенних добрив у дозі 144 кг·га-1 посилювало азотфіксацію від 34,5-35,7  (варіант РК) до 47,6 кг·га-1·рік-1 [8]. Щорічне внесення 120 кг нітрогенних добрив до сірого лісового ґрунту супроводжувалося надходженням 107 кг·га-1 несимбіотичного N, що було на 30 кг·га-1  більше, ніж у варіанті РК [3]. Можливо, що вплив Нітрогену мінеральних добрив на несимбіотичну азотфіксацію залежить від співвідношення Cорг:Nminmin у ґрунті, яке визначає спрямованість масового потоку додатково внесеного Nmin у процес мікробної чи рослинної іммобілізації.

Розходження результатів досліджень впливу нітрогенних добрив на  інтенсивність несимбіотичної азотфіксації пояснють також різними підходами до оцінювання активності нітрогенази – ферменту процесу азотфіксації. Як звичайно, нітрогеназна активність   інгібується    у    ранні   терміни    внесення   нітрогенних   добрив,   тоді    як 

продуктивніша азотфіксація  відбувається у другій половині вегетаційного періоду, коли вміст мінеральних форм Нітрогену в ґрунті зменшується до мінімуму, а нагромаджена коренева маса починає відмирати і стає  додатковим джерелом енергії для ґрунтових мікроорганізмів [3].

На наш погляд, реакція азотфіксаторів на надходження нітрогенних добрив залежить від вмісту біологічно доступних форм  Нітрогену в ґрунті та енергетичного забезпечення гетеротрофної біоти. У разі порушення співвідношення Сорг:Nmin, відбуватиметься посилення або послаблення біологічної фіксації молекулярного азоту. З огляду на це активізація процесів біологічної  азотфіксації на фоні надходження нітрогенних добрив свідчить про дефіцит біологічно доступних форм Нітрогену в ґрунті.    

Дослідження виконані на агроекологічному полігоні, організованому на базі довготривалого польового стаціонарного досліду Інституту землеробства і тваринництва західного регіону. Наявний травостій створений шляхом перезалуження в 1980 р. Ґрунт травостанів темно-сірий, опідзолений легкосуглинковий. Для досліджень вибрані найбільше агроекологічно інформативні чотири варіанти досліду: варіант 1(0) – без удобрення, варіант 2 (РК) – Р90К120, варіант 3 (N1PK) – Р90К120 N240 (60+60+60+60)  і варіант 4 (N2PK) – Р90К120 N240 (0+30+90+120). Мінеральні добрива вносили у вигляді суперфосфату, калійної солі й амонійної селітри. Потенційна активність азотфіксації визначена ацетиленовим методом за допомогою газорідинної хроматографії [1]. Розрахунок активності азотфіксації виконано на підставі того, що співвідношення між кількістю утвореного етилену і відповідною кількістю азоту становить 3:1, тобто результат, отриманий для етилену ділили на 3, щоб отримати значення фіксації азоту. Потенційну активність азотфіксації виражено у міліграмах фіксованого азоту на кілограм ґрунту за годину (мг/кг/год). 



Активність азотфіксації (10-3 мгN·кг–1·год-1) за профілем темно-сірого лісового ґрунту  травостанів залежно від удобрення  і сезону року



Варіанти

Глибина шару, см

M±m





травень

липень

Контроль

(без добрив)

0-10

1,44±0,03

28,13±4,95



10-20

-

38,93±4,24



20-40

0,51±0,12

-



40-60

0,32±0,12

-

Р90К120

0-10

1,25±0,08

11,48±2,06



10-20

-

37,43±5,54



20-40

0,14±0,01

-



40-60

0,05±0,00

-

N240 (60+60+60+60)  Р90К120

0-10

1,62±0,17

20,78±4,10



10-20

-

23,34±2,21



20-40

1,40±0,14

-



40-60

0,20±0,04

-

N240 (0+30+90+120)   Р90К120

0-10

3,78±0,12

12,97±2,30



10-20

-

25,09±3,77



20-40

0,96±0,16

-



40-60

0,29±0,10

-

Примітка. Температура ґрунту на глибинах 0–20 і 20–40 см була такою, оС: 15.05.92 – 14,1 і 11,9, 7.07.92 – 19,7 і 18,0.

Як видно з результатів досліджень (див. таблицю), найбільша здатність до несимбіотичної азотфіксації у контрольному, тривало не удобрюваному ґрунті характерна для верхніх кореневмісних шарів ґрунту, причому в шарі 10–20 см  потенціал азотфіксації у 1,4 раза вищий, ніж у шарі 0–10 см, що пояснюють сприятливішою для азотфіксації кисневою ситуацією.

Тривале застосування фосфорно-калійних добрив, яке зумовило збільшення  частки бобових у травостані від 9,4 до 31,3 % у першому циклі скошування і від 30,0 до 36,2 % – у третьому [4], призвело до зменшення потенціалу несимбіотичної азотфіксації у шарі 0–10 см на 14% навесні і на 59% улітку, тоді як у шарі 10–20 см  цих змін не відбулося.

Регулярне тривале застосування нітрогенних добрив на фоні РК порівняно з контролем зумовило зменшення влітку потенційної здатності ґрунту до азотфіксації. Залежно від способу застосування нітрогенних добрив потенціал азотфіксації  у шарі ґрунту 0–10 см зменшився на 27–55% ,  а в шарі 10–20 см – на 36–41%.

Навесні максимальна здатність до несимбіотичної фіксації виявлена у верхньому шарі ґрунту, який  збагачували нітратом амонію. Зокрема, на час досліджень була внесена мінімальна доза N – 30 кг·га-1, яка не забезпечувала потреби рослин у цьому елементі живлення, що підтверджено різким зменшенням продуктивності травостану в цей період (у 1,4–1,5 раза) порівняно з рівномірним способом розподілу нітрогенних добрив, коли вносили 60 кг·га-1N. Можливо, що дефіцит біологічно доступних форм Нітрогену у весняний період зумовив компенсаторне посилення процесів біологічної азотфіксації.  Влітку, коли на цьому варіанті травостану внесли 90 кг/га N, простежено зворотний ефект – у шарі ґрунту 0–10 см азотфіксувальна здатність була на 38% меншою, ніж у варіанті, де внесли 60 кг·га-1  N і в 2,2 раза меншою порівняно з контролем. 

Послаблення процесу несимбіотичної азотфіксації під впливом мінеральних добрив не варто пов’язувати  тільки зі специфічним інгібуванням процесу азотфіксації Нітрогеном, оскільки за цих умов удобрення зменшувались також інші показники біологічної активності ґрунту [5]. 

За цих умов нітрогенного удобрення  травостанів відбувається повна елімінація бобових культур, які забезпечують симбіотичну фіксацію N. Регулярне надходження до ґрунту Nmin. у дозі 240 кг протягом вегетаційного періоду цілком блокує діяльність бульбочкових бактерій і унеможливлює ріст конюшини. Несимбіотичні азотфіксатори є стійкішими до дії Nmin., оскільки представлені досить широким спектром  аеробних та анаеробних мікроорганізмів, і фіксація молекулярного азоту для них не є обов’язковим процесом, а за наявності мінеральних або органічних форм N вони засвоюють їх [1].

Отже, застосування мінерального удобрення старосіяних травостанів зменшує здатність ґрунту до несимбіотичної азотфіксації. Зокрема, тривале фосфорно-калійне удобрення (Р90К120) пригнічує активність тільки верхнього шару ґрунту травостану – дернини, а застосування 240 (60+60+60+60) кг/га N на фоні РК, особливо влітку, пригнічує активність діазотрофів у шарах ґрунту 0-10 і 10-20 см. В удобрюваних N травостанах збільшується товщина азотфіксувального шару ґрунту до глибини 40 см порівняно з контролем і особливо варіантом РК, що можна пояснити ліпшим розвитком кореневої системи трав. 


Використана література

Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. – М.: Изд-во Москов. ун-та, 1989. – 335 с.

Домрачёва Л.И., Маркова Г.И. Влияние различных доз азотных удобрений на альгофлору дерново-подзолистой почвы // Тез. VП съезда Всесоюз. микробиол. о-ва “Достижения микробиологии – практике”. –  Алма-Ата: Наука,  1985. – Т.7. –  С. 21.

Кудеяров В.Н. Цикл азота в почве и эффективность удобрений. – М.: Наука, 1989. – 215 с.

Ярмолюк М.Т. Агроекологічні основи створення і використання культурних пасовищ  у західному регіоні  України. – Оброшино, 2001. – 247 с.

Цимбалюк В.М. Агротехнічне обґрунтування технологічних заходів інтенсивного використання старосіяних травостоїв в умовах західного Лісостепу України: Автореф. дис. ... канд. с-г. наук.– Вінниця: Вісн. аграр. ун-ту, 2001. – 20 с.

 App A.A., Watanabe I., Ventura T.S., BravoM., Jurey C.D. The effect of cultivated and wild rice varieties on the nitrogen balance of flooded soil // Soil Sci. – 1986.– Vol.141. –  N 6. – P. 448-451.

Powlson D.S.,  Pruden G., Johnston A.E., Jenkinson D.S. The nitrogen cycle in the Broadbalk Wheat Experiment recovery and losses of 15N- labeled fertilizer applied in spring and inputs of nitrogen from the atmosphere // J. Agr. Sci. – 1986. – Vol.107. – N.4. – P. 591-609.

Powlson D.S., Jenkinson D.S. Non-fertilizer inputs of nitrogen to arable and grassland systems // Advances in nitrogen cycling in agricultural ecosystems: Intern. Symp. Brisbane (Austral.), 1987. – P. 59-61.

Watanabe I., Crasswall E.T., App A.A.  Nitrogen cycling  in wetland rice fields in  South-East and East Asia // Nitrogen cycling in  South-East Asian Wet monsoonal ecosystems. – Canberra: Austral. Acad. Sci, 1981. – P. 4-17.