Влияние способов обработки почвы и внесения удобрений на численность и состав микроорганизмов

ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ВНЕСЕНИЯ УДОБРЕНИЙ НА ЧИСЛЕННОСТЬ И СОСТАВ МИКРООРГАНИЗМОВ

А.В. Щур, В.П. Валько, Д.В. Виноградов

Аннотация. Рассмотрены вопросы изменения почвенного микробоценоза под влиянием различных способов обработки почвы и различных вариантов внесения удобрений и биологически активных препаратов.

Ключевые слова: обработка почвы, внесение удобрений, микробиологическая активность почвы, состав микробиоты почвы.

В настоящее время почвы испытывают разнообразное антропогенное воздействие, которое может нарушать нормальное протекание почвенных процессов, а значит, и процессов круговорота веществ в биосфере. Синтез основной массы органического вещества осуществляется, главным образом, растениями. Основной деятельностью почвенных микроорганизмов является минерализация органического вещества. В процессе минерализации освобождаются питательные вещества, что и определяет в значительной мере ее естественное плодородие. Если бы образующиеся из года в год растительные остатки не подвергались минерализации, то земля оказалась бы забитой отходами жизнедеятельности, и жизнь на планете стала бы невозможной.

Длительное время считали, что минерализация органических остатков осуществляется только микроорганизмами. В дальнейшем было установлено, что значительную помощь в разложении органического вещества оказывают почвенные животные. Во влажных субтропиках и широколиственных лесах - кивсяки, дождевые черви; в тропических лесах ведущую роль в деструкции органики играют насекомые - муравьи, термиты; в тайге - энхитреиды, микроатреиды и др. Из мелких многоклеточных вокруг почвенных частиц постоянно обитают нематоды, тихоходки и другие животные, относящиеся к разным типам червей или к их родственным группам.

Таким образом, переработанные животными растительные остатки увеличивают свою поверхность и становятся более доступными бактериям. Поверхность хвоинки в результате измельчения орибатидами увеличивается в 10 тыс. раз. Кроме того, почвенные животные, в частности дождевые черви, способствуют размножению многих почвенных микроорганизмов. Например, численность микробов в экскрементах дождевых червей бывает в 13 раз выше, чем в почве.

Микробные сообщества играют важную санитарную роль в почве, разлагая пестициды и другие поллю-танты. Исследованиями [1, 2] установлено, что трансформация пестицидов в почвах различных ценозов (пастбище, пашня, лес (дуб)) происходила только за счет деятельности микроорганизмов. В стерильных почвах разложение пестицидов не отмечено. Самая высокая устойчивость почвенных микробных сообществ к действию поллютантов была под дубравой, отсюда следует вывод, что чем менее устойчива система, тем более значительное воздействие будет оказывать пестицид или другой поллютант.

Исследованиями многих авторов [1-7] установлено, что в почвах пашни происходит резкое уменьшение биомассы грибов и бактериального населения почв в целом по сравнению с целинным аналогом.

Наибольшая суммарная микробная биомасса наблюдается в лесной почве (19,5 т/га), а наименьшая - в почве поля (6,5 т/га). Огородная почва занимает промежуточное положение по запасам микробной биомассы и составляет 10,5 т/га.

Интенсивность гумусообразования тесно связана с жизнедеятельностью этих микроорганизмов и максимальна в лесных почвах. Уменьшение количества и биомассы грибов в пахотных почвах, обусловленное изменением условий почвенной среды, является одной из важнейших причин уменьшения содержания гумуса и утраты почвой структуры, так как основное цементирующее звено - гуминовые кислоты - образуются при значительном участии грибов. Авторами изучалось изменение численности основных групп почвенных микроорганизмов при различных способах обработки почвы и системах удобрений в севообороте.

Полевые опыты проводились в течение 4 лет на опытном поле Гродненского государственного аграрного университета. Почва дерново-подзолистая супесчаная, подстилаемая с глубины 40-60 см моренным суглинком. Агрохимическая характеристика была следующая: гумус - 1,94 %; Р2О5 - 396 мг/кг; К2О -129 мг/кг; рНКС1 - 6,27; сумма поглощенных оснований - 16,2 м-экв. на 100 г почвы.

На фоне различных способов обработки почвы (вспашка, дискование) изучали эффективность различных видов органических и минеральных удобрений. Размер делянки - 80 м2. Повторность опыта - четырехкратная.

В ходе исследований использовались следующие удобрения: органические - подстилочный навоз; минеральные - мочевина, двойной суперфосфат, хлористый калий; ассоциативные - азотобактерин.

Для определения численности микроорганизмов в почве применяли метод учета их на твердых питательных средах. Почву отбирали в 10 местах с каждой делянки. После тщательного перемешивания, удаления корешков и других посторонних включений отбирали средний образец в 10 г и переносили в колбу с 90 мл стерильной водопроводной воды. Взбалтывали 15 минут. Готовили разведения 1:100 для посева грибов на среду Чапека, 1:1000 - актиномицетов на крахмало-аммиачный агар (КАА) и 1:10 000 - бактерий на мясо-пептонный агар (МПА).

Высевали по 0,05 мл соответствующего разведения на две параллельные чашки. Учет бактерий проводили через двое суток, актиномицетов и грибов - через 7 суток. На КАА учитывали кроме актиномицетов и другие группы бактерий, усваивающие минеральный азот, на среде Чапека - дрожжи.

Данные представлены в усредненном виде за период исследований.

Среди биологических индикаторов, характеризующих различные аспекты состояния почвенной биоты, ведущее место занимают почвенные микроорганизмы вследствие своей высокой лабильности, исключительно четкой способности реагировать на изменения, происходящие в почве. В настоящее время механизмы функционирования микробных сообществ в почвах выяснены еще не достаточно и требуют детализации количественно-качественных характеристик биогенности почв. Известно, что именно они обеспечивают стабильную устойчивость и продуктивность биогеоценозов [3, 4].

В структуре микробной биомассы доминируют грибы, причем, в почвах лесной и огородной преобладает биомасса мицелия грибов, а в почве пахотной -биомасса спор.

Внесение навоза и минеральных удобрений повышает общее содержание микробной биомассы, а известкование снижает общее содержание микроорганиз-

мов и грибного мицелия (рисунок 1).

Авторские исследования подтверждают выводы многих специалистов, что в пахотных почвах происходит снижение содержания микроскопических грибов, что является одним из наиболее значимых нарушений почвенной биоты.

Выявлена взаимосвязь удобрений и способов обработки почвы с численностью бактерий и урожайностью ячменя и клевера 2-го года пользования (таблица 1). На фоне внесения минеральных удобрений численность бактерий по вспашке и дискованию отличалась незначительно, и продуктивность ячменя на этом фоне по вспашке была выше на 3,1-9,3 %. На органо-минеральном фоне численность бактерий при бесплужной обработке превышала их численность по вспашке на 25-71 %, и урожайность ячменя также была выше на 5,1-9,4 % при обработке почвы без оборота пласта.

Влияние вариантов обработки почвы и внесения удобрений на актиномицеты представлено в таблице 2. Следует отметить, что их численность значительно варьирует по вариантам опыта и максимальна при вспашке на фоне внесения навоза совместно с ассоциативными удобрениями. Дискование несколько снижает их численность по всем вариантам опыта.

МГ

72%

МА 0%

Б

3%

МГ

40%

СГ 57%

МА Б 0% 3%

1/ СГ

ь А .140%

МГ

57% 4

МА 0% Б 3% СГ 14%

5

Рисунок 1 - Структура микробной биомассы в пахотном слое различных почв (вариант опыта): 1 - без удобрений и извести; 2 - доломитовая мука в дозе, рассчитанной по 1 гидролитической кислотности (г. к.); 3 - то же + 20 т/га навоза; 4 - то же + М00Р50К120; 5 -огородная почва; микроорганизмы: МГ - мицелий грибов; СГ - споры грибов; Б - бактерии; МА -мицелий актиномицетов

3

83%

Таблица 1 - Влияние удобрений и способов обработки почвы на численность бактерий, среднее по трем определениям ежегодно

Варианты Бактерии, тыс./г абсолютно сухой почвы

Пелюшко-овес + + райграс Картофель Ячмень + клевер Клевер 1-го года пользования Сумма за ротацию Среднее

Вспашка

1. Контроль без удобрений 5950 3733 3416 2475 15574 3894

2. №К 6250 4933 3116 3350 17649 4412

3. РК + ас. уд. 8900 5166 3983 3175 21224 5306

4. №К + ас. уд. 6900 5650 4850 3725 21125 5281

5. Навоз 8200 7100 2966 2850 21116 5279

6. Навоз + ЫРК 4450 5116 3383 3475 16424 4106

7. Навоз + ас. уд. 6600 5833 3766 3475 19574 4894

8. Навоз + ас. уд. + ЫРК 6350 5966 4400 4200 20916 5229

Дискование

1. Контроль без удобрений 5300 3583 3183 1850 13916 3479

2. №К 7750 3550 3316 2650 17266 4317

3. РК + ас. уд. 7950 5100 4133 2775 19958 4990

4. №К + ас. уд. 8650 5650 5383 3825 23508 5877

5. Навоз 7300 3600 4533 2950 18383 4596

6. Навоз + ЫРК 5650 4366 5816 4900 20732 5183

7. Навоз + ас. уд. 10750 4500 4733 4075 24058 6015

8. Навоз + ас. уд. + ЫРК 8750 7233 5666 4325 25974 6494

Таблица 2 - Влияние удобрений и способов обработки почвы на численность актиномицетов, среднее по трем определениям ежегодно

Варианты Актиномицеты, тыс./г абсолютно сухой почвы

Пелюшко-овес + райграс Картофель Ячмень + клевер Клевер 1-го года пользования Сумма за ротации Среднее

Вспашка

1. Контроль без удобрений 536 476 300 216 1528 382

2. ЫРК 833 483 385 306 2007 502

3. РК + ас. уд. 900 555 293 393 2141 535

4. ЫРК + ас. уд. 713 603 311 346 1973 493

5. Навоз 550 575 365 290 1780 445

6. Навоз + ЫРК 906 623 355 340 2224 556

7. Навоз + ас. уд. 829 801 333 430 2393 598

8. Навоз + ас. уд. + ЫРК 963 540 481 500 2484 621

Дискование

1. Контроль без удобрений 511 460 181 660 1812 453

2. ЫРК 596 546 160 350 1652 413

3. РК + ас. уд. 580 667 281 360 1888 472

4. ЫРК + ас. уд. 543 673 238 343 1797 449

5. Навоз 460 568 221 266 1515 379

6. Навоз + ЫРК 635 633 193 356 1817 454

7. Навоз + ас. уд. 478 593 268 430 1769 442

8. Навоз + ас. уд. + ЫРК 901 540 333 403 2177 544

Таблица 3 - Влияние удобрений и способов обработки почвы на численность плесневых грибов, среднее по трем определениям ежегодно

Варианты Плесневые грибы, тыс./г абсолютно сухой почвы

Пелюшко-овес + райграс Картофель Ячмень + клевер Клевер 1-го года пользования Сумма за ротации Среднее

Вспашка

1. Контроль без удобрений 6,2 12,0 6,5 4,6 29,3 7,3

2. ЫРК 14,8 15,7 7,8 6,6 44,9 11,2

3. РК + ас. уд. 15,9 12,0 9,3 5,6 42,8 10,7

4. ЫРК + ас. уд. 13,7 13,0 8,5 5,0 40,2 10,0

5. Навоз 5,8 10,0 7,6 4,6 28,0 7,0

6. Навоз + ЫРК 8,4 12,3 9,6 6,6 36,9 9,2

7. Навоз + ас. уд. 7,4 14,0 8,0 8,0 37,4 9,4

8. Навоз + ас. уд. + ЫРК 10,0 13,0 10,1 6,0 39,1 9,8

Дискование

1. Контроль без удобрений 11,7 16,0 9,1 5,0 41,8 10,5

2. ЫРК 12,2 16,0 9,5 8,3 46,0 11,5

3. РК + ас. уд. 16,9 15,0 8,1 6,0 46,0 11,5

4. ЫРК + ас. уд. 17,3 18,0 9,5 7,3 52,1 13,0

5. Навоз 10,2 14,3 9,8 6,6 40,9 10,2

6. Навоз + ЫРК 10,7 17,3 11,3 8,6 47,9 12,0

7. Навоз + ас. уд. 9,4 13,0 8,1 9,0 39,5 9,9

8. Навоз + ас. уд. + ЫРК 8,9 14,0 10,5 10,6 44,0 11,0

Грибы являются основным разрушителем органического вещества (85 % органического вещества почвы разлагается совместным влиянием грибов и бактерий), и уменьшение их количества и биомассы в пахотных почвах - одна из главных причин уменьшения содержания гумуса в пахотных почвах, утраты почвой структуры, так как основным цементирующим звеном ее являются гуминовые кислоты, которые образуются также при значительном участии грибов.

В таблице 3 представлены показатели численности плесневых грибов по вариантам опыта. Вариант обработки почвы оказывает некоторое влияние на численность отмеченных организмов в почве.

Анализируя в целом результаты исследований по состоянию почвенной биоты, следует отметить, что антропогенное воздействие посредством удобрений, способов обработки оказывает значительное воздействие на биологические процессы.

Внесение навоза, а также комплексное внесение минеральных и органических удобрений создает оптимальные условия для жизнедеятельности целлюлозо-разлагающих микроорганизмов, значительно увеличивает численность всех групп микроорганизмов.

Выявлено положительное влияние ассоциативных удобрений на комплекс биологических показателей почвы, устойчивость микробных сообществ к стрессу, вызванному неблагоприятными погодными условиями (дефицит влаги).

В заключение, следует отметить, что примерно такая же закономерность сохраняется при рассмотрении взаимосвязей удобрений и способов обработки почвы с численностью бактерий и урожайностью клевера 2-го года пользования. Урожайность клевера на органоми-неральном фоне была выше при дисковании на 3,4-

7,0 %, а численность бактерий - на 2,9-41,0 % по сравнению со вспашкой.

Видовой и количественный состав микроорганизмов не является постоянной величиной и может колебаться в значительных пределах. На этот показатель влияет целый ряд факторов, в том числе и агротехнических (удобрения, обработка почвы).

Таким образом, из этого следует вывод, что вспашка эффективна только при применении минеральных удобрений. Если в почве достаточно свежего органического вещества, то в этом случае рыхление почвы более эффективно, чем вспашка. Этими данными, по-видимому, можно объяснить неоднозначность выводов многих исследователей относительно эффективности обработки почвы с оборотом пласта и без оборота.

Список использованных источников

1 Ананьева Н. Д. Микробиологическая оценка почв в связи с самоочищением от пестицидов и устойчивостью к антропогенным воздействиям: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. - М., 2001.

2 Балаян Т. В. Биологическая активность дерновоподзоли-стой почвы и урожай сельскохозяйственных культур // Почвоведение. - 1993. - №> 12.

3 Берестецкий О. А., Возняковская Ю. М. Влияние растительных остатков на почвенно-микробиологические процессы в полях севооборота // Роль микроорганизмов в сельскохозяйственном производстве. - 1983. - Т. 53.

4 Валько В.П., Щур А.В. Особенности биотехнологического земледелия. - Минск: БГАТУ, 2011. - 196 с.

5 Валько В. П. Сельскому хозяйству - биогеоценотиче-скую основу // Наука - производству : материалы 2-й Междунар. конф. - Гродно, 1998.

6 Валько В. П. Влияние удобрений и способов обработки почвы на численность и групповой состав микробных сообществ

в дерново-подзолистой супесчаной почве // Междунар. аграр. журн. - 2001. - № 7.

7 Гончаров Н.Ф., Попов А.В., Митина Н.Г. Способы использования и биологическая активность почвы // Совершенствование технологических средств и технологий возделывания с.-х. культур : материалы науч.-практ. конф., Курск, 1-4 февраля 1994. - Курск, 1995.

Информация об авторах Щур Александр Васильевич, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент, заведующий кафедрой безопасности жизнедеятельности ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет», тел. +375-222-222450, +375-29-6123794, e-mail shchur@yandex. ru

Валько Виктор Павлович, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры экономики и организации предприятий в АПК УО «Белорусский аграрный технический университет», тел. +375-017-2676333, +375-29-6124107.

Виноградов Дмитрий Валериевич, доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии производства, хранения и переработки продукции растениеводства ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологиче-ский университет имени П.А. Костычева», тел. 8(107)4912-35-35-16, моб. 8(107) 910-901-81-09.