Фосфатмобилизующие микроорганизмы как биологические активаторы удобрений из агроруд

БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ

ФОСФАТМОБИЛИЗУЮЩИЕ МИКРООРГАНИЗМЫ КАК БИОЛОГИЧЕСКИЕ АКТИВАТОРЫ УДОБРЕНИЙ ИЗ АГРОРУД

М.Г. Меркушева, д.б.н., Л.Л. Убугунов, д.б.н., Л.Н. Болонева, к.б.н., М.Б.-М. Нимаева, Ц.Д. Мангатаев, к.б.н., А.Б. Бадмаев, к.б.н., ИОЭБ СО РАН

Резюме. Показана перспектива использования выделенных из почв фосфатмобилизующих микроорганизмов в качестве биоактиваторов удобрений из минеральных агроруд (цеолит, фосфорит), повышающих содержание подвижных соединений азота, фосфора и калия и увеличивающих продуктивность кормовых культур.

Низкое содержание гумуса и преобладание минеральных фосфатов (69,5-94,2 %) над органическими в каштановых супесчаных почвах Забайкалья [1] предопределяют развитие микроорганизмов, растворяющих трехкальциевый фосфат. Значительная часть фосфора входит в состав почвенных минералов и недоступна (или слабодоступна) для растений. Многие микроорганизмы, в том числе и бактерии рода Bacillus, способны в определенных условиях переводить такие соединения в растворимые формы. Однако криоаридные условия Забайкалья не способствуют достаточной микробиологической активности в почвах.

Одним из путей решения данной проблемы является использование почвенных микроорганизмов для повышения усвояемости растениями фосфора из почвы и удобрений. Фосфорные бактерии обладают широким спектром гидролитической активности, что предопределяет их перспективы использования в качестве агента повышающего биологическую активность почвы. Они продуцируют ряд физиологически активных веществ, обладающих антагонистическим действием к фитопатогенной микрофлоре. Эффект применения фосфатмобилизующих микроорганизмов в большей степени зависит от их активности, чем от численности.

В основу наших исследований взято положение о том, что бактериальные клетки обычно адсорбированы на поверхности почвенных частиц [2]. Однако адсорбция - обратимый процесс: изменение температуры, рН, влажности и других факторов приводит к десорбции бактериальных клеток. Адсорбированные микроорганизмы защищены от неблагоприятных условий, но обладают меньшей активностью, поскольку их адсорбция носит не физико-химический, а биологический характер. Почвой адсорбируются также продукты жизнедеятельности микроорганизмов. Особо важное значение для развития микрофлоры имеет адсорбция продуктов метаболизма, поскольку при этом почва освобождается от токсических веществ. При адсорбции ферментов, антибиотиков, стимуляторов роста и других веществ их активность сохраняется продолжительное время, что имеет важное значение для плодородия почвы и развития микрофлоры. Микроорганизмы обычно размещены в крупных порах, хотя могут проникать в мелкие поры и капилляры [3].

Исследования по получению и применению фосфатмоби-лизующих бактерий в почвенно-климатических условиях Забайкалья отсутствуют. Поэтому нами был выделен штамм фосфатмобилизующих бактерий (ФМБ) из пахотных каштановых почв. Цель исследований - изучить влияние ФМБ на эффективность удобрений из местного природного минерального сырья (цеолит, фосфоритная мука).

Методика. В связи с тем, что фосфоритная мука в высоких дозах проявляла ингибирующее действие на культуру бактерий, была проведена адаптивная селекция штамма в отношении фосфоритной муки, в результате чего ФМБ сохраняли 100 % жизнеспособность при повышенных концентрациях этого удобрений. Работу проводили в лабораторном эксперименте, то есть компостировали почву с разными видами

удобрений при оптимальных условиях температуры и влажности. Объект исследований - дефлированные пахотные каштановые почвы (слой 0-20 см) супесчаного гранулометрического состава, содержащие 0,95 % гумуса и рН водн. 7,1. По содержанию подвижного фосфора, нитратного азота и обменного калия почва характеризовалась низким и очень низким уровнем обеспеченности. Изучали удобрения из природного сырья следующих месторождений: цеолиты - Мухор-Талинское, фосфоритная мука - Черемшанское. Содержание подвижного фосфора и обменного калия в каштановой почве определяли методом Мачигина, нитратов - с дисульфофено-ловой кислотой.

Одним из путей повышения биологической активности почв, при этом не нарушающего экологического равновесия в системе почва - растение, являются природные цеолиты, в которых поры в качестве носителей микроорганизмов составляют 50 % объема каркаса минерала. Нашими исследованиями установлено, что 70-80 % клеток и спор фосфатмобили-зующих микроорганизмов из водной суспензии адсорбционно закрепляется в цеолите. I способ биологической активации: морденитсодержащий туф с размером фракции до 2 мм смешивают на качалке в течение 2-4 часов с водной суспензией фосфатмобилизующих микроорганизмов, содержащей 109 клеток/спор в массовом соотношении 1:0,2-0,6, затем выдерживают при температуре 4о С 12 часов и после этого подсушивают до сыпучего состояния. Полученное удобрение состоит из морденитсодержащего туфа с размером фракции до 2 мм и 4,5-8-108 клеток/спор фосфатмобилизующих микроорганизмов [4].

Во II способе фосфориты (3-5%) с размером фракции до 0,5 мм смешивают с морденитсодержащим туфом с размером фракции до 2 мм, насыщенным фосфатмобилизующими микроорганизмами в массовом соотношении 1:0,05-0,1 [5]. Цеолит, насыщенный микроорганизмами, обладает высокими биокаталитическими и пролонгирующими свойствами: повышает многократно численность бактерий и их фосфатазную активность, увеличивает в почвах образование доступных питательных соединений азота, фосфора и в меньшей степени калия. Но наибольшая эффективность цеолита, насыщенного микроорганизмами, достигается при совместном использовании его с некондиционными фосфоритами (Р2О5 3-5 %), превосходящая действие промышленного суперфосфата.

Результаты наших исследований показали (табл. 1), что численность фосфатмобилизующих Вас. megatherium phos-phaticus в каштановой почве при инокуляции ФМБ повышалась в 4-133 раза в зависимости от срока компостирования и питательной среды определения по сравнению с контролем. Следует отметить, что среда Федорова была намного благоприятней для развития микроорганизмов, чем среда Менки-ной. Это связано с низким содержанием гумуса, не способствующим образованию микроорганизмов, мобилизующих ор-ганофосфаты и доминированием Р-Саш в составе минеральных фосфатов. ФМБ в цеолите и их смесь с фосфоритной мукой увеличивали численность бактерий в почве в большей степени, чем с суперфосфатом. Это обусловлено наличием в удобрениях из природного сырья макро- и микроэлементов как источника дополнительного питания для микроорганизмов. В процессе компостирования динамика содержания споровых форм Вас.megatherium в разных вариантах опыта носила убывающий характер, то есть активность микроорганизмов увеличивалась (табл. 2).

Плодородие № 1*2008

This document was created using

23

Solid Converter PDF

To remove this message, purchase the product at www.SolidDocuments.com

1. Численность фосфатмобилизующих микроорганизмов на питательной среде Менкиной (1) и Федорова (2) в каштановой почве при использовании разных видов удобрений, тыс./г почвы

Mil Срок компостирования, сутки

J№ Вариант 15 30 45 60

вар. 1 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 2

1 Контроль 2 3 3 4 2 4 5 6

2 Фосфорные бактерии (ФМБ) 14 16 12 18 34 380 21 800

3 Цеолит (Ц) 8 11 12 11 15 18 24 21

4 Ц+(ФМБ) 3 12 12 160 6 300 4 12

5 Фосфоритная мука (Рф) 12 14 21 18 34 28 24 21

6 Рф + ФМБ 2 4 15 18 24 180 21 200

7 Ц + Рф 8 16 10 18 22 32 12 36

8 Ц+ФМБ + Рф 14 21 18 84 46 220 60 460

9 Суперфосфат (Рсф) 9 11 11 11 18 21 28 34

10 Рсф + ФМБ 14 15 14 16 21 280 29 280

2. Динамика содержания споровых форм Вас. megatherium phosphaticus в почве при компостировании с разными видами удобрений, ед/г почвы № вар. Срок компостирования, сутки

ных удобрений возрастала в первый год на 18-20 %, в последействии на второй год - на 35-40 %, на третий год - на 24-29 % по сравнению с вариантом без внесения удобрений.

15 30 45 60

1 2 2 3 2

2 124 42 12 28

3 12 6 8 4

4 92 31 8 4

5 5 6 17 11

6 62 74 15 32

7 30 19 8 5

8 46 24 14 8

9 3 17 12 6

10 98 24 15 28

Как известно [6] фосфатазы имеют широкую специфичность и распространены в почве. Фосфатазная активность почв определяется их генетическими особенностями, физико-химическими свойствами и уровнем окультуренности. В нашем опыте динамика фосфатазной активности в каштановой почве контрольного варианта имела слабую тенденцию к увеличению и была низкой. Инокуляция ФМБ повышала фосфа-тазную активность в разные периоды компостирования в 2,821,8 раз по сравнению с контролем. При внесении цеолита, фосфоритной муки и их смеси фосфатазная активность увеличивалась в меньшей степени, чем при инокуляции почвы ФМБ. Однако применение ФМБ в данных вариантах во вторую половину компостирования (45 и 60 дней) способствовало возрастанию фосфатазной активности до 50-54 мг Р2О5 на 100 г почвы, особенно в варианте с внесением удобрений, насыщенных микроорганизмами.

Выявлено эффективное и пролонгирующее действие ФМБ на динамику подвижного фосфора в почве (табл. 3). Большие количества подвижного фосфора в каштановой почве накапливались в основном к концу компостирования. Содержание подвижного Р2О5 в почве при компостировании с цеолитом, фосфоритной мукой и их смесью возросло при обработке ФМБ до повышенного уровня. Одновременно с улучшением фосфорного питания использование ФМБ повышало содержание нитратного азота и обменного калия. Урожайность овса на зеленую массу в вегетационно-полевом опыте при использовании полученных биологически актив-

3. Содержание подвижных форм питательных веществ в

каштановой почве, мг/кг, без внесения (1) и при внесении

ФМБ

№ вар. Срок компостирования, сутки

15 30 45 60

1 "1 2 1 ~1 2 Р2О5 24,6 1 г 2 1 1 2

1 2,7 12,5 13,3 26,6 34,8 22,7 23,8

3 13,2 19,1 25,0 31,3 32,7 40,2 34,2 36,7

5 13,4 12,5 22,7 33,4 32,8 40,5 36,7 48,5

7 12,5 17,4 21,2 26,2 33,9 42,3 34,0 49,6

9 13,1 14,6 22,4 28,7 N-NO3 23,5 27,6 34,7 31,8 44,4

1 4,8 16,6 12,2 24,5 36,7 27,9 38,0

3 18,2 20,7 36,4 47,8 31,4 31,9 33,0 35,5

5 15,7 25,2 23,9 25,3 31,4 35,3 36,2 39,0

7 18,7 24,8 23,2 27,3 30,2 37,7 32,4 41,7

9 15,2 17,7 22,3 24.8 К2О 80.9 27,6 33,3 29,1 34,6

1 65,5 68,7 76,6 78,1 68,1 65,1 65,1

3 69,2 89,3 75,2 97,8 81,0 92,8 87,4 104,4

5 63,5 71,7 49,6 83,1 81,0 69,3 74,0 80,3

7 72,2 82,2 85,2 91,9 67,5 93,7 78,2 96,5

9 62,6 76,2 65,6 81,0 68,1 84,4 69,6 81,3

Литература

1. Убугунов Л.Л., Меркушева М.Г., Убугунова В.И., Мангатаев Ц.Д. Содержание, запасы и фракционный состав соединений азота и фосфора в неорошаемых и орошаемых каштановых почвах Забайкалья // Агрохимия. 1999. № 10. С. 24-32. 2. Звягинцев Д.Г. Почвы и микроорганизмы. М.: Изд-во МГУ, 1987. 256 с. 3. Войнова-Райкова Ж., Ран-ков В., Алепова Г. Микроорганизмы и плодородие. М.: Агропромиз-дат, 1986. 120 с. 4. Меркушева М.Г., Инешина Е.Г., Цыренов В.Ж. и др. Способ биологической активации природных цеолитов. Пат. РФ № 2255926; опубл. 10.07.05, Бюл. № 19. 5. Меркушева М.Г., Мангата-ев Ц.Д., Инешина Е.Г. и др. Способ получения биологически активного фосфорцеолитового удобрения пролонгирующего действия. Пат. РФ № 2255922; опубл. 10.07.05, Бюл. № 19. 6. Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. - М.: Наука, 1982.- 203 с.

24

Плодородие № 1*2008

Solid Converter PDF

То remove this message, purchase the product at www.SolidDocuments.com

This document was created using