Влияние гуминовых удобрений на численность и структуру бактериальных комплексов картофельного поля

УДК 631.46

ВЛИЯНИЕ ГУМИИОВЫХ УДОБРЕНИЙ НА ЧИСЛЕННОСТЬ И СТРУКТУРУ БАКТЕРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ КАРТОФЕЛЬНОГО ПОЛЯ

Т.Г. Добровольская, Е.А. Леонтьевская, К.А. Хуснетдинова, П.Н. Балабко

В результате изучения влияния гуминовых удобрений на бактериальные сообщества картофеля выявлено уменьшение численности бактерий в филлосфере и ризосфере растения на один-два порядка, особенно при их опрыскивании препаратом «Биоуд-1». Однако в таксономической структуре эпифитных бактериальных комплексов произошли благоприятные изменения, заключающиеся в значительном увеличении доли целлюлозоразрушающих бактерий. Этот факт представляется практически значимым, учитывая, что при уборке картофеля наземные части растений остаются в поле. В результате должно происходить ускорение деструкции растительных остатков.

Ключевые слова: гуминовые удобрения, таксономическая структура, бактериальные комплексы.

Введение

Среди органических удобрений особняком выделяется группа веществ естественного происхождения, получивших название гуминовых. Гуминовые удобрения получают из природного сырья: торфа, бурого угля, сапропеля. Анализ эффективности их применения показывает, что они дают хорошие прибавки урожайности сельскохозяйственных культур, способствуют улучшению качества продукции [4, 6, 10, 14], могут действовать на растения как стимуляторы роста [11, 13, 17, 18]. В экспериментах с разными культурами высших растений показано, что применение промышленных гуматов натрия, калия и аммония заметно стимулирует прорастание семян, улучшает дыхание и питание растений, увеличивает длину и биомассу проростков, усиливает ферментативную активность и сокращает проникновение в растения тяжелых металлов и радионуклидов [3, 12, 15, 16]. Поступление гуминовых веществ в растения происходит по механизму активного транспорта и напрямую связано со скоростью метаболизма. Гу-маты аккумулируются преимущественно в липидной фракции, в апикальных частях растений. В последнее время особый интерес приобретает внекорневая подкормка сельскохозяйственных растений. Такая поставка удобрений через крону методом распыления эффективнее, чем корневая, так как листья усваивают питательные вещества, попадающие на них в виде мелкодисперсных капель, быстрее, чем корни [2, 8]. Кроме того, подкормка растений по листьям особенно эффективна при наступлении неблагоприятных погодных условий, когда замедляется обмен веществ.

В результате проведения многолетних опытов на территории Учебно-опытного почвенно-экологи-ческого центра (УОПЭЦ) МГУ им. М.В. Ломоносова «Чашниково» (Солнечногорский р-н, Московская обл.) было установлено, что при использовании препарата «Гумистим» (ООО ССХП «ЖЕНЬШЕНЬ»,

Россия) методом внекорневой подкормки урожайность картофеля увеличилась на 37% и составила около 50 т/га. Применение жидкого органического удобрения «Биоуд-1» (ЗАО «Сигнал», Россия) привело к повышению урожайности картофеля на 14% и составило около 40 т/га [1]. Однако изучения влияния гуминовых удобрений, вносимых методом распыления, на микробные сообщества растений пока не проводились.

Цель наших исследований — оценить влияние внекорневой подкормки гуминовыми удобрениями на численность и таксономическую структуру бактериальных сообществ филлосферы и ризосферы картофеля, а также почвы под ним.

Объекты и методы исследования

Участок для полевого опыта (картофельное поле) одинаков по рельефу, почвенным условиям (генезис, морфология, свойства) и входит в состав 4-польно-го севооборота: 1) вика + овес (на сено); 2) озимая пшеница; 3) картофель; 4) ячмень. Сорт картофеля — Брянский деликатес. Почва дерново-подзолистая, хо-рошоокультуренная, среднесуглинистая на покровных суглинках, подстилаемых красно-бурой суглинистой мореной.

Для изучения влияния удобрений «Гумистим» и «Биоуд-1» на урожай картофеля весной 2011 г. был заложен опыт по схеме: 1. Фон — ^00РшК120 (контроль); 2. Фон (^00РшКш) + «Гумистим» (разведение водой в соотношении 1:10); 3. Фон (^^РшКш) + + «Биоуд-1» (разведение водой в соотношении 1:10).

Жидкое органическое удобрение «Гумистим» — это вытяжка из смеси торфа и навоза крупного рогатого скота, переработанного дождевыми червями. Он содержит все компоненты биогумуса в растворенном состоянии: гумины, фульвокислоты, витамины, природные фитогормоны, микро- и макроэлементы в виде биодоступных органических соединений.

«Биоуд-1» — продукт переработки навоза крупного рогатого скота в газовых установках, экологически чистое концентрированное органическое удобрение. В процессе переработки навоза уничтожаются семена сорных растений, а также фитопатогенные микроорганизмы, яйца гельминтов, отрицательно влияющие как на плодородие почвы, так и на рост и развитие растений. В состав жидкого органического удобрения входят практически все необходимые компоненты минерального питания: минерализованный азот в виде аммонийных солей органических кислот, окись фосфора, окись калия, микроэлементы в доступном виде и в соотношениях, необходимых для растений. Из этих препаратов для внекорневой подкормки готовили раствор: на 1 га — 5 л препарата + 50 л воды. В июле, в период цветения картофеля, отбирали листья, цветки, корни и клубни. Образцы почвы брали из пахотного горизонта 0—25 см. Все хранили в морозильной камере при температуре 14—18°.

Для предварительной десорбции микроорганизмов из растительных субстратов и почвы использовали прибор Вортекс. Численность и таксономический состав бактериального комплекса исследовали методом посева, который проводили в 5-кратной повтор-ности из разведений 105—108 на глюкозо-пептон-но-дрожжевую среду следующего состава: пептон, глюкоза, дрожжевой экстракт, гидролизат казеина — по 0,5 г, агар — 10 г, мел — 5 г, вода — 1 л. В данную среду вносили 50 мг нистатина для ингибирования грибов. Культивирование вели в течение 7—10 сут. при комнатной температуре. После подсчета общего числа колоний и предварительной микроскопии из большинства колоний готовили препараты и просматривали их в световом микроскопе с фазово-конт-растным устройством. Основные представители всех групп были выделены в чистую культуру. Морфологические признаки изучали у молодых, 24-часовых, и 3—5-суточных культур. Данные по численности бактерий выражали в колониеобразующих единицах на грамм субстрата (КОЕ/г). Родовую принадлежность выделенных бактерий устанавливали на основании морфологических, культуральных и хемотаксономи-ческих признаков, используя «Определитель бактерий Берджи» [7], а также «Методы оценки бактериального разнообразия почв и идентификации почвенных бактерий» [5]. Кроме того, для дифференциации микроорганизмов до рода были использованы диагностические системы, которые позволяют определить многие биохимические свойства.

Результаты исследований и их обсуждение

При опрыскивании препаратом «Гумистим» количество бактерий на листьях и стеблях картофеля практически не изменилось, в то время как на цветках и корнях оно уменьшилось на два поряд-

ка. Воздействие удобрения «Биоуд-1» проявилось в уменьшении концентрации бактерий на всех органах картофеля — количество бактерий сократилось на один-два порядка. На численность бактерий в почве внекорневая подкормка не повлияла — количество бактерий в контроле и опытных вариантах составило 7—12 • 106 КОЕ/г (таблица).

Влияние удобрений на численность бактерий (КОЕ/г) на картофеле и в почве

Орган растения, почва

Листья

Стебли

Цветки

Корни

Почва

Контроль

(5,8 ± 0,7) • 107

(1,48 ±0,5) • 106

(5,3 ± 1,7) • 108

(5,2 ± 0,7) • 108

(8,4 ± 0,5) • 106

«Гумистим»

(16,8 ±0,5) • 107

(5,2 ± 0,1) • 106

(6,6 ± 0,8) • 106

(1,6 ± 0,06) • 106

(12 ± 1,3) • 106

«Биоуд-1»

(8,8 ± 0,3) • 105

(4,8 ± 0,1) • 105

(1,6 ± 0,2) • 107

(1,8 ±0,4) • 106

(7 ± 2,1) • 106

В результате опрыскивания надземных частей картофеля гуминовыми удобрениями произошли четкие изменения в таксономической структуре бактериальных сообществ листьев и стеблей. Доминировавшие в этот период на листьях картофеля бактерии р. Лг1НгоЪа&вг сменились на таких представителей целлюлозоразрушающих бактерий, как Cytophaga и СвПШотопаз (рис. 1). Аналогичную смену доминан-тов наблюдали и на стеблях картофеля. При опрыскивании удобрением «Биоуд-1» монодоминантами стали бактерии р. СвПШотопаз, а при внесении гумис-тима обнаружили два доминанта — СвПШотопаз и Cytophaga. В ризосфере растения перестройка структуры сообщества проходила также с увеличением доли целлюлозоразрушающих бактерий, представленных порядком Мухососса1еБ, которые становились доминантами при воздействии обоих препаратов. Их доля в бактериальном сообществе увеличилась с 20% в контроле до 50—60% после внесения удобрений. Возмож-

Рис. 1. Таксономическая структура бактериальных сообществ на листьях картофеля: 1 — Erwinia, 2 — Cytophaga, 3 — ЛrthroЪacter, 4 — Мухососса1е8, 5 — Шойососст, 6 — Cellulomonas; варианты опыта (здесь и на рис. 2 и 3): К — контроль, Б — «Биоуд—1», Г — «Гумистим»

Рис. 2. Таксономическая структура бактериальных сообществ на цветках картофеля: 1 — Erwinia, 2 — Cytophaga, 3 — Pseudomonas

но, что размножение целлюлозоразрушающих бактерий через 10 дн. после опрыскивания связано с использованием эпифитными бактериями тех полисахаридов, которые поступают в качестве субстрата при опрыскивании гуминовыми удобрениями.

На цветках картофеля наблюдали противоположную картину — при опрыскивании гуминовыми удобрениями исчезали цитофаги и в доминанты выходили протеобактерии, которые характерны для цветков, — Erwinia и Pseudomonas (рис. 2).

В почве также происходило уменьшение целлюлозоразрушающих бактерий и выход в доминанты типично почвенных бактерий — артробактера и ак-тиномицетов (рис. 3).

Таким образом, большинство целлюлозолити-ков после внесения удобрений концентрировалось в филлосфере и ризосфере картофеля. Аналогичные выводы были получены при изучении влияния органических удобрений на бактериальные сообщества миндаля — в ризосфере этого растения увеличивались количество и разнообразие целлюлолитических бактерий [9].

Заключение

Используемые в период цветения картофеля гуминовые удобрения привели к уменьшению численности бактерий на цветках, листьях и корнях. Большее воздействие оказал препарат «Биоуд-1», после опрыскивания которым численность бактерий на всех

Рис. 3. Таксономическая структура бактериальных сообществ в почве под картофелем: 1 — Bacillus, 2 — Arthrobacter, 3 — Strepto-myces, 4 — Myxococcales

органах картофеля уменьшилась на один-два порядка. Возможно, что это связано с тем, что при распылении препаратов перекрываются отверстия, через которые бактерии питаются экссудатами растений. Однако падение численности бактерий не сказалось на урожае картофеля — наоборот, внекорневая подкормка удобрениями «Биоуд» и «Гумистим» привела к увеличению урожайности на 32 и 34% соответственно. Использование гуминовых удобрений привело к концентрации целлюлозоразрушающих бактерий как в филлосфере, так и ризосфере, что связано, вероятно, с использованием ими тех субстратов, которые поступают с удобрениями. Известно, что в состав гу-мистима входят все компоненты биогумуса в растворенном состоянии. Кроме того, при посеве препарата «Гумистим» на ту же среду, на которую высевались бактерии (ГПД), нами были выделены представители р. Cellulomonas — те целлюлозоразрушающие бактерии, которые становились доминирующими при опрыскивании картофеля гумистимом. Следовательно, с этим препаратом на растения переносились и целлюломонады. Сам факт увеличения доли целлю-лозолитиков на листьях и стеблях картофеля при использовании гуминовых удобрений представляется практически значимым, учитывая, что при уборке наземные части растений остаются в поле. В результате должно происходить ускорение деструкции растительных остатков.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Балабко П.Н, Головкое A.M., Хуснетдинова Т.И. и др. Значение гумата и биоуд-1 в технологии выращивания картофеля на дерново-подзолистой почве // Проблемы агрохимии и экологии. 2010. № 2.

2. Брысозовский И.И. Возделывание и оптимизация картофеля // Изв. КГТУ. Калининград, 2003. № 4.

3. Куликова Н.А. Защитное действие гуминовых веществ по отношению к растениям в водной и почвенной средах в условиях абиотических стрессов: Дис. ... докт. биол. наук. М., 2008.

4. Кулинкович С.Н., Карпович Т.Д. Эффективность комплексного жидкого органического удобрения «Гумис-

тим» на озимой пшенице // Экол. земледелие. Белорус. сельское хоз-во. 2009. № 8.

5. Лысак Л.В., Добровольская Т.Г., Скворцова И.Н. Методы оценки бактериального разнообразия почв и идентификации почвенных бактерий. М., 2003.

6. Марухленко A.B., Борисова Н.П., Молявко A.A. Гумистим повышает продуктивность картофеля // Картофель и овощи. 2005. № 3.

7. Определитель бактерий Берджи. М., 1997.

8. Решновецкий С.Б. Календарь картофелевода. Калининград, 2005.

9. Сулейманова Д.С. Влияние удобрений на целлюло-литические микроорганизмы в ризосфере растения миндаля // Вестн. Моск. обл. гос. ун-та. Сер. естеств. наук. 2009. № 2.

10. Ториков В.Е. Влияние гумистима на урожайность сельскохозяйственных культур // Биологизация земледелия в Нечерноземной зоне России. Науч. тр. Брянск, 2006. № 2.

11. Христева Л.А. О природе действия физиологически активных гумусовых веществ на растения в экстремальных условиях // Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения в водной и почвенной средах. 1977. Т. 6.

12. Якименко О.С, Терехова В.А. Гуминовые препараты и оценка их биологической активности для целей сертификации // Почвоведение. 2011. № 11.

13. Azam F. Effect of humic acids on seedling growth of wheat ( Triticum aestivum L.) under different conditions // Pak. J. Bot. 1982. Vol. 14.

14. Chen Y, Aviad T. Effects of humic substances on plant growth // Humic substances in soil and crop sciences: selected reading. Soil Sci. Soc. Amer. 1990.

15. Clapp C.E., Chen Y, Hayes M.H.B., Cheng H.H. Plant growth promoting activity of humic substances // Understanding and Managing Organic Matter in Soils, Sediments, and Waters / Eds. R.S. Swift and K.M. Sparks. Madison, 2001.

16. Malcolm R.L., Vaughan D. Effects of humic acid fractions on invertase activities in plant tissues // Soil Biol. Bio-chem. 1978. Vol. 11.

17. Nardi S. Physiological effect of humic substances on higher plants // Soil Biol. Biochem. 2002. Vol. 34.

18. Visser S.A. Physiological action of humic substances on microbial cells // Soil Biol. Biochem. 1985. Vol. 17.

Поступила в редакцию 02.10.2012

INFLUENCE OF HUMIC FERTILIZERS ON THE SIZE AND STRUCTURE

OF BACTERIAL COMPLEXES POTATO FIELD

T.G. Dobrovolskaya, E.A. Leontyevskaya, K.A. Khusnetdinova, P.N. Balabko

Studies have been conducted to study the influence of humic fertilizers, is introduced by means of spraying, on bacterial communities of the potato in the period of flowering. Revealed a decrease in the number of bacteria in the phyllosphere and rhizosphere of potatoes in 1—2 orders of magnitude, especially when spraying the plant with the "Bioud-1". However, in the taxonomic structure of epiphytic bacterial complexes, there have been positive changes, resulting in a significant increase in the share of cellulolytic bacteria. This fact seems to be practically significant, given that the harvesting of potatoes ground parts of the plant remain in the field. The result should be accelerated destruction of the vegetation residues.

Key words: humic fertilizers, taxonomic composition, bacterial complex.

Сведения об авторах

Добровольская Татьяна Глебовна, канд. биол. наук, вед. науч. сотр. каф. биологии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8(495) 939-43-15; e-mail: dobrtata@mail.ru. Леонтьевская Елена Алексеевна, аспирант каф. биологии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: l-leont@rambler.ru. Хуснетдинова Кира Амировна, студентка каф. биологии почв ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. E-mail: kira-h@mail.ru. Балаб-ко Петр Николаевич, докт. биол. наук, профессор, зав. каф. земледелия ф-та почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Тел.: 8(495) 939-48-83.